올리고당과 옥수수전분의 배합비를 달리하여 제조한 김(Pyropia tenera) 스낵의 품질 특성

Quality Properties of Laver Pyropia tenera Snack with Different Mixing Ratios of Oligosaccharide and Corn Starch

Abstract

Laver Pyropia tenera snack is typically manufactured as an attached laver and carbohydrate-based rice papers or glutinous rice paste. Carbohydrates contribute to a crispy texture and many various additives are used for development of texture. Isomalto-oligosaccharide (IMO) and corn starch (CS) are typical additives in snack products that produce several changes, including texture. We investigated physicochemical properties of laver snacks prepared using IMO/CS ratios of 1:0 (Sample 1), 3:1 (Sample 2), 1:1 (Sample 3), 1:3 (Sample 4), and 0:1 (Sample 5). All of the prepared laver snacks displayed constant drying rates up to 45 minutes. Samples 1 and 5 had higher drying rates than the other laver snacks. Concerning CIE color values, Sample 5 displayed the highest brightness (L^*) value (78.89) and lowest yellowness (b^*) value (6.66). In contrast, Sample 1 displayed the lowest L^* value (74.65) and highest b^* value (17.23). The hardness proportionally decreased along with IMO content. In the sensory evaluation, overall acceptance was highest for Sample 1 with the highest oligosaccharide content.

서론

바다의 반도체라 불리는 김은 2020년 수출액 6억불을 달성한 한국의 주요 수산물이다 (MCST, 2021). 해외에서는 김을 간식으로 인식하며, 조미김, 김 샌드 및 김부각과 같은 스낵 형태의 가공품 수요가 증가하는 추세이다. 김가공식품 중 하나인 김부각은 우리나라의 전통식품으로 김에 찹쌀풀을 바른 후 건조 및 유탕과정을 거쳐 제조되므로(Kim et al., 2002) 관능적으로 우수한 식감을 지니고 있다. 그러나 김부각은 찹쌀풀의 도포를 자동화하기 어렵고 장시간 건조가 불가피하여 원활한 수출에 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 호화곡물 반죽을 이용, 제조공정을 자동화하여 특유의 식감을 살린 김스낵 제조법을 개발 및 최적화한 바 있다(Choi et al., 2020). 김부각에 관한 선행연구들은 기존 전통 김부각의 개선을 목적으로 매생이를 이용한 김부각의 제조 및 품질 특성 연구(Kim et al., 2017), 다시마 분말을 첨가한 김부각의 품질 특성(Choi et al., 2011), 녹차 수용성 추출물을 이용한 김부각의 산화안정성 및 품질 특성에 관한 연구(Park et al., 2001), 키토산 김부각의 품질 특성 및 저장성(Moon, 2013), 찹쌀의 수침시간에 따 른 김부각의 물리적·관능적 특성 연구(Yang et al., 2016), 김스낵 제조시 도라지첨 가량에 따른 반죽액의 품질 특성(Choi and Kim, 2018), 풀칠·고명기로 제조된 김부각의 물리적 건조 및 튀김 특성(Yoo andChoi, 2015) 등과 같이 공정개선 또는 첨가물 및 부원료 첨가를 통하여 이루어진다. 식품첨가물은 식품에 있어 저장성 증대, 영양소 보강 및 관능적 가치 상승 등을 목적으로 사용되며(Belitz et al., 2004), 유탕 제품에서는 주로 조직감 개선의 용도로 이용한다. 이소말토올리고당은 옥수수, 쌀 등 전분을 분해하여 만들어지는 기능성 감미료 중 하나로(Mau et al., 2021), 감칠맛을 부여하여 미각의 개선효과가 있고 보습성이 뛰어나며 전분의 노화를 방지하는 효과를 가진다. 특히 이소말토올리고당은 여러 연구를 통해 변비 개선, 비피더스균 증식, 치아 우식증 억제 효과 등 많은 기능성이 보고된 물질이며(Kohmoto et al., 1988; Kanno, 1990; Chen et al., 2001), 다른 올리고당에 비해 내열성이 높아 고온 가열 조리에 적합한 것으로 알려져 있다(Shin et al., 2019). 옥수수 전분은 타 전분에 비해 높은 생산량과 저렴한 가격으로 스낵에서 가장 많이 쓰이는 첨가물 중 하나이며, 경도 조절에 용이한 특성을 가진다. 이러한 첨가물들은 유탕 제품에서 주로 사용되고 있으나 김 부각 및 김스낵에서 이들을 첨가하여 제조한 제품의 품질을 평가한 연구는 이루어지지 않고 있다.

본 연구에서는 이소말 토올리고당 및 옥수수 전분을 일정 배합비로 배합하여 곡물 반죽에 첨가하였을 때 배합비에 따라 김스낵에 나타나는 품질 변화를 연구하였으며, 유탕김스낵의 품질을 평가하기 위하여 수분함량, 관능평가, 경도, 색도 및 스낵의 미세구조를 측정하였다.

재료 및 방법

재료

김스낵의 제조에는 멥쌀가루(Nongshim Flour Mills Co., Ltd, Asan, Korea), 소금(Chungjungone, Seoul, Korea), 이소 말토올리고당(Ottogi Co., Ltd, Anyang, Korea), 옥수수 전분 (Ttuleban, Goyang, Korea), 마른김(Sewhaseafood Co., Ltd, Busan, Korea), 해바라기유(Sungdo, Busan, Korea)를 이용하였다. 이외 실험에 사용된 모든 시약 및 화학물질은 분석 등급을 사용하였다.

곡물 반죽 및 김스낵의 제조

기본 곡물 반죽의 제조는 멥쌀가루 100 g중량부를 기준으로 정제수 70 g, 소금 1 g 및 5 g의 IMO-CS (isomalto-oligosaccharide and corn starch) 배합첨가물을 혼합하고 반죽의 형태를 갖출 때까지 치대기를 지속하였다. IMO와 CS의 sample별 배합비 조건은 mixture design 실험설계에서 얻은 실험구의 실험 조건을 따랐으며(Table 1) 총 5가지 반죽을 제조하였다. 반죽을 45분간 스팀 처리한 후, 5분간 치대어 호화 곡물반죽(gelatinized rice dough, GRD)을 제작하고 이를 0.9±0.1 mm 두께의 사각형의 시트 형태로 성형하였다. 이후 55°C로가열된 열풍 건조기(WFO-700; EYELA Co., Tokyo, Japan)에서 75분간 건조하였다. 건조된 반제품은 3 cm×3 cm 크기로 절단하여 205°C로 가열된 튀김기(RFA-328G; Rinnai Co., Incheon, Korea)에 서 18초간 유탕 처리 하였으며, 유탕 직후 탈유기(FD-08BL; HANIL Electric Co. Ltd., Bucheon, Korea)에서 1분간 탈유하여 김스낵을 제조하였다. 이러한 김스낵의 제조조건은 선행연 구에 의해 설정되었다(Choi et al., 2020).

Table 1. The mixing ratio of IMO and CS for each sample and total weight

수분 함량 측정

수분 함량(moisture content)은 식품공전에 제시된 방법에 따라 전기정온건조기(Model 281; Fisher Scientific, Hampton, NH, USA)에서 상압가열 건조법에 의해 3회 반복 측정하여 그 평균값을 수분함량으로 하였다 (MFDS, 2022).

색도 측정

색도는 CIE color인 L* (Lightness), a* (Redness) 및 b* (Yellowness)를 기준으로 색차계(TES-135A; TES Co., Taipei, Taiwan)를 이용하여 측정하였다. 무작위로 5개의 김스낵을 선정하여 김이 부착되지 않은 흰면을 측정하고 그 평균을 색도 값으로 하였다. 이때 사용된 표준 백판(calibration plate)의 L*, a*, b*값은 각각 94.62, -0.780 및 1.362였다.

경도 측정

김스낵의 경도(hardness)는 Rheometer (CR-100D; Sun Scientific Co. Ltd., Tokyo, Japan)을 이용하여 측정되었다. mode 20 (정심도 측정 모드), load cell 10 kg, penetration speed (진입 속도) 100 mm/min 및 plunger No.1 (15 mm)의 조건에서 10개의 김스낵을 선정하고 평평한 면이 위로 오도록 시료 홀더에 올려놓고 경도를 측정하였다. 샘플의 대표성을 갖도록 하기 위하여 가로3.0±0.5 cm, 세로3.0±0.5 cm 및 높이 1.8±0.5 cm 범위의 시료를 경도측정에 사용하였다. 측정한 값의 평균을 경도 값으로 하였다.

주사전자현미경

김스낵의 내부 미세 구조를 관찰하기 위해 저진공 주사전자 현미경(LV-SEM; JSM-6490LV; JEOL Ltd., Tokyo, Japan)을 이용하였다. 90% petroleum ether (Junsei Chemical Co. Ltd., Saitama, Japan)에 시료를 24시간 침지시켜 유지를 제거하고,동결건조기(CoolSafe; LABOGENE Co., Allerød, Denmark) 에서 24시간 동안 완전히 건조했다. 측정을 위해 김스낵에서 김이 부착되지 않은 밝은 부분을 0.5 cm×0.5 cm 크기로 절단하고, 금으로 도금하여 전도성을 갖게 하였다(Nath and Chattopadhyay, 2008). 가속 전압 15 kV의 조건에서 관찰 및 촬영되었다.

관능평가

관능평가는 부경대학교 식품공학과 소속 만 20세에서 28세 사이의 훈련된 전문패널 10인(남성 5명 및 여성 5명)을 구성하여 수행되었으며, 모든 패널은 맛에 친숙해질 수 있도록 1개월간 훈련되었다. 관능평가의 척도로 색도(color), 맛(taste), 바삭함(crispiness) 및 전반적 기호도(overall acceptance) 항목을 채택하였다. 각 항목에 대하여 9점 평점법(1점, 대단히 나쁘다 ; 5점, 나쁘지도 좋지도 않다; 9점, 대단히 좋다)에 따라 평가하였다. 시료 간의 영향을 최소화하기 위하여 하나의 시료를 섭취 후 미온수로 입안을 헹구고 다음 시료를 섭취 및 평가할 것을 지시 하였다(Cho et al., 2015).

통계처리

측정된 값은 평균±표준편차로 표시하였으며, 유의차는 SPSS 프로그램(SPSS for Windows 11.0; SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 one-way ANOVA-test (Duncan’s multiple range test)로 검정하였다(P<0.05).

결과 및 고찰

건조시간에 따른 수분함량 및 건조속도

유탕 제품에서 유탕전 건조 공정은 바삭한 식감을 증가시키는 데 효과적인 방법이다(Pedreschi and Moyano, 2005).본 논문의 김스낵 역시 바삭한 식감을 위하여 건조 후 유탕하여 제조하였다. 각 샘플별 GRD 시트 제조 직후 55°C로 예열된 열풍건 조기에서 0분에서 90분까지, 15분 간격으로 수분 함량을 측정한 결과를 도표 및 그래프로 나타내었다(Table 2, Fig. 1).그 결과, 서로 다른 배합비를 가진 각 샘플별 GRD 시트 모두 0분부터 45분까지 정률 건조단계의 특성을 보였으며, 45분 이후로는 감률 건조 단계의 특성을 보였다(Maleki et al., 2020). 45분까지 의 건조속도는 sample 1 GRD 시트가 9.21%/15 min으로 가장 높았고, sample 2 GRD 시트가 8.72%/15 min으로 가장 낮았다 (Table 3). Sample 5 GRD 시트는 sample 1 GRD 시트 다음으로 높은 정률건조 속도를 보였으며 유의적인 차이를 보이지 않았다. 두 GRD 시트는 IMO와 CS가 혼합 투입되지 않았으며, IMO와 CS가 혼합된 sample 2, sample 3, sample 4 GRD 시트와 비교하여 조금 높은 정률건조 속도를 보였다. 특히, 3:1 비율로 혼합 투입된 sample 2 GRD 시트와 비교하였을 때 유의적인 차이를 보였다. 이러한 경향은 CS의 건조 중 일어나는 노화를 혼합 투입된 IMO가 억제하면서 이와 같은 결과를 나타냈을 것 으로 사료된다. Zeng et al. (2014)을 옥수수 전분의 노화가 올리고당을 이용하여 억제될 수 있음을 보고 한 바 있다. 위 실험 결과는 김스낵 제조시 IMO와 CS의 혼합 첨가가 GRD시트의 정률 건조속도를 감소시키며, IMO와 CS의 비율이 3:1일 때 특히 유의적으로 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

Table 2. Moisture contents of GRD sheets of each sample manufactured by different mixing ratios of IMO and CS measured at 15 min intervals during 90 min hot-air drying

Fig. 1. Drying curves of GRD sheets of each sample manufactured by different mixing ratios of IMO and CS during hot-air drying. Mixing ratio: Sample 1, 1:0; Sample 2, 3:1; Sample 3, 1:1; Sample 4, 1:3; Sample 5, 0:1. GRD, Gelatinized rice dough; IMO, Isomalto-oligosaccharide; CS, Corn starch.

Table 3. Constant drying rate, Constant drying rate equation, R2 , and moisture content after 45 min of GRD sheets of each sample GRD, Gelatinized rice dough; IMO, Isomalto-oligosaccharide; CS, Corn starch. Values are mean±standard deviation in moisture content after 45 min (n=3). The different letters indicate significant differences (P<0.05).

색도

유탕 제품에 있어 색도는 가장 중요한 품질 특성 중 하나이며 (Abd et al., 2017), 식품의 조리 정도, 착색제의 첨가량 등을 나타내는 지표로써 사용된다(Valadez-Blanco et al., 2007).각 배합 샘플 김스낵의 색도를 확인하기 위해 CIE color를 측정하고 각 샘플의 실제 사진을 Table 4에 나타내었다. 명도를 의미하는 L*값은 IMO를 넣지 않고 CS의 함량이 가장 높은 sample 5에서 78.89로 가장 높게 나타났다. 반면 IMO의 함량이 가장 높고 CS가 없는 sample 1에서 74.65로 5개의 샘플 중 가장 낮은 값을 보였다. 황색도 및 청색도를 의미하는 b*값은 L*값과는 반대로 sample 1에서 17.23으로 가장 높은 값을 보였고, sample 5에서 6.66으로 가장 낮은 값을 보였다. IMO의 함량이 감소 및 CS의 함량이 증가함에 따라 L*값은 비례하여 증가하였고, b*값은 비례하여 감소하는 경향을 보였다. Deep fat frying에서 올리고당 의 첨가는 갈변을 일으켜 색에 영향을 줄 수 있으며(Krokida et al., 2001), Yoo and Kim (2001)의 연구에서는 백설기에 올리 고당을 첨가했을 때 명도가 낮아지고 황색도가 증가하는 것으로 보고하였다.

Table 4. CIE color values and appearance images of fried final products of each sample manufactured by different mixing ratio of IMO and CS

또한 Kim and Jang (2005)은 스폰지 케이크 제조에서 옥수수 전분의 첨가량이 증가함에 따라 명도값이 유의적으로 증가함을 보고하였다. IMO와 CS의 배합비에 따라 유의적으로 나타난 색도 차이는 관능평가의 색에 대한 기호도와 관계가 있는 것 으로 드러났는데, 색에 대한 관능평가 결과, 높은 L*값과 낮은 b*값을 가지는 sample 5가 가장 높은 기호도 점수를 기록하였다. 이는 높은 명도와 낮은 황색도의 김스낵을 선호한다는 것을 의미하므로, 향후 김스낵의 품질 개선에 있어 유의미한 자료로 이용될 것으로 사료된다.

경도 및 미세구조

스낵 제품에서 경도는 감각적 바삭함의 정도와 음의 상관관계에 있는 물리적 특성으로써(Nurul et al., 2009; Bahramparvar et al., 2014) 스낵 제품에서 중요한 관능적 지표로 작용할 수 있다. IMO와 CS의 배합비에 따른 김스낵의 경도는sample 1 에서 41.78 N, sample 2에서 53.21 N, sample 3에서 66.24 N, sample 4에서 75.29 N 및 sample 5에서 79.58 N으로 나타났다(Fig. 2). CS만 첨가된 sample 5에서 가장 높은 경도를 보였으며, IMO만 첨가된 sample 1에서 가장 낮은 경도를 보였다. Kim et al. (2007)은 연구를 통해 멥쌀을 이용한 식품에 올리고 당의 첨가 수준이 높아질수록 경도가 낮아지는 경향이 있다고 보고하였다. 또한, Kim et al. (2020)은 옥수수 가루와 멥쌀가루를 배합하여 제조한 스낵에서 옥수수 가루의 첨가량이 증가할수록 경도가 유의적으로 증가하였음을 보고 한 바 있다. 이러한 결과를 통해 IMO와 CS가 김스낵의 조직감에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 2. Hardness of fried final products of each sample manufactured by different mixing ratio of IMO and CS. Mixing ratio: Sample 1, 1:0; Sample 2, 3:1; Sample 3, 1:1; Sample 4, 1:3; Sample 5, 0:1. IMO, Isomalto-oligosaccharide; CS, Corn starch. The different letters indicate significant difference (P<0.05).

Deep-fat frying은 식품 성분의 물리 화학적 변화 및 미세구조 의 변화를 일으킨다(Bouchon and Aguilera, 2001).특히 다공 성 구조로의 변화로 이어지며(Ziaiifar et al., 2010), 이렇게 형성된 미세 구조는 바삭함과 연관성이 있다(Gouyo et al., 2021). IMO와 CS의 배합비에 따라 제조한 김스낵의 미세 구조(×50, ×100 및 ×200)를 주사 전자현미경으로 관찰하였다 (Fig. 3). IMO의 함량이 높은 sample 1, 2의 경우, 원형의 손상을 입은 기공이나 작은 크기의 기공이 상당수 존재하는 것을 확인하였다. 반면, CS의 함량이 높은 sample 4, 5는 손상을 입은 기공이 적거나 없고 대체로 크기가 큰 기공이 존재하였다. 기공벽의 손상 정도는 형성된 기공 강도의 강약을 의미하는 것으로 사료된다. 200배 조건에서 관찰한 기공벽의 조직에서는 샘플 간의 유의미한 차이가 관찰되지 않았다. 각 샘플별로 나타난 미세구조 의 경향은 샘플 간의 경도 차이를 뒷받침하는 근거로 사료된다.

Fig. 3. Scanning electron microscope (SEM) images of fried final products of each sample. manufactured by different mixing ratio of IMO and CS. Mixing ratio: No.1, 1:0; No.2, 3:1; No.3, 1:1; No.4, 1:3; No.5, 0:1. IMO, Isomalto-oligosaccharide; CS, Corn starch

관능평가

Fig. 4는 IMO와 CS의 배합비에 따른 김스낵의 관능평가(9점 평점법) 결과를 나타낸 그래프이다. 색(color)에 대한 기호도는 sample 5가 5.7점으로 가장 높았고, sample 1, 2 김스낵이 4.9점으로 가장 낮았다. 색도 측정 실험에서 CS 함량이 높을수록 명도가 증가하고 황색도가 감소하는 경향이 관찰되었는데, 이러한 색 변화가 김스낵에 있어서 긍정적으로 평가되는 것으로 사료된다. 맛(taste)에 대한 기호도는 sample 1, 2가 6.3점으로 가장 높았고 sample 5는 4.4점으로 가장 낮은 기호도를 나타냈다. Sample 3, 4는 최고점과 각각 0.2, 0.1점의 근소한 차이를 보였는데, IMO의 맛을 감각적으로 인지할 수준으로 첨가될 경우 맛에 대한 기호도가 유의미한 수준으로 상승함을 확인하였다. 바삭함(crispiness)에 대한 기호도 및 전반적 기호도에서는 sample 1이 7.0점, 6.6점으로 가장 높게 나타났고, sample 5가 3.7점, 4.1점으로 가장 낮은 기호도를 기록했다. 각 샘플들 간의 점수 차이를 비교하면, 바삭함에 대한 기호도 역시sample 5만이 다른 시료들과 비교하여 유의미하게 낮은 수치를 기록했다. 패널들은 전반적으로 CS만이 첨가된 김스낵에서 상대적으로 ‘딱딱하다’는 평가를 내렸으며 이러한 평가가 기호도에 반영된 것으로 보인다. 바삭함은 유탕 제품에서 전반적 기호도에 가장 큰 영향을 미치는 특성 중 하나로 알려져 있으며(Albert et al., 2009), Xu and Kerr (2012)는 어떤 요인이 스낵 구매에 직접적으로 영향을 끼치는지에 대한 설문조사에서 92%는 맛을, 78%는 질감 내지 바삭함을 가장 중요한 요인으로 응답했으나 외관에 대해서는 38%만이 응답했다고 보고한 바 있다. 이와 같이 색에 대한 기호도가 전반적 기호도와 음의 상관관계를 가지나 유탕 제품의 관능적 평가에서는 상대적으로 미미한 영향을 끼치며, 맛과 바삭함에 대한 기호도가 전반적 기호도의 점수에 큰 영향을 끼쳤을 것으로 사료된다. 이러한 상관관계는 Fig. 5에서 그래프를 통해 확인할 수 있는데, 맛과 바삭함에 대한 기호도와 전반적 기호도 간에는 95% 이상의 신뢰도로 양의 상관관계를 가지고 있음이 확인되었다. 즉, IMO의 첨가량이 증가할수록 색에 대한 기호도가 미미하게 하락하나, 전반적 기호도에는 맛과 바삭함에 대한 기호도가 가장 크게 영향을 미치며, IMO의 첨가만으로 맛, 바삭함의 기호도 및 전반적 기호도가 유의적으로 증가함을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과를 종합하면, IMO 및 CS의 배합비를 달리하여 첨가하였을 때 정률건조속도에서 교호작용이 존재하였고, 경도, 색도 및 관능평가에서 첨가량의 변화에 따라 각 항목이 비례적으로 변화함을 확인하였으며, 이는 향후 김스낵의 제조 및 품질 개선에 있어 유의미한 데이터로 이용할 수 있을 것으로 사료된다.

Fig. 4. Sensory evaluation of fried final products of each sample manufactured by different mixing ratio of IMO and CS. Mixing ratio: Sample 1, 1:0; Sample 2, 3:1; Sample 3, 1:1; Sample 4, 1:3; Sample 5, 0:1. Evaluation scale: 1 (very poor) to 9 (very good). IMO, Isomalto-oligosaccharide; CS, Corn starch. The asterisks indicate significant differences (P<0.05).

Fig. 5. Correlation graph of taste-overall acceptance and crispiness-overall acceptance of fried final products of each sample manufactured by different mixing ratio of IMO and CS. Mixing ratio: Sample 1, 1:0; Sample 2, 3:1; Sample 3, 1:1; Sample 4, 1:3; Sample 5, 0:1. IMO, Isomalto-oligosaccharide; CS, Corn starch