• 재료 및 방법
• 재료
• 아밀로스 함량
• 물결합력
• 손상전분 함량
• 호화특성
• 스폰지 케이크 제조
• 스폰지 케이크의 무게와 부피
• 조직감 측정
• 관능검사
• 통계처리
• 결과 및 고찰
• 이화학적 특성
• 호화특성
• 스폰지케이크의 무게와 부피
• 스폰지케이크의 물성
• 스폰지 케이크의 관능검사
• 적요

 생활수준이 향상됨에 따라 식품에 대한 소비자들의 기호가 다양해지고 고급화되면서 기호성이 높은 가공식품을 선호하는 경향이다. 제과·제빵류는 식생활의 서구화와 간편한 아침식사를 대신하는 대용식이나 간식으로 소비가 증가하고 있는 추세이다. 이러한 제빵류의 소비증가로 인하여 쌀소비가 감소하고 정부 비축미와 수입물량 등의 재고미가 증가되어 밀가루를 대체할 수 있는 제품이 요구되어진다. 쌀가공 제품의 개발은 쌀의 활용성 이외에도 밀가루의 글루텐 단백질이 알레르기의  주원인으로  밝혀지면서  필요성은  더욱  커지고  있다. Kasarda (1972)와 Hartsook (1984)은  밀  단백질인  글루텐을 반복 섭취하면 소장 융털돌기에 염증을 일으켜 소화흡수장애를 가져오며, 설사, 복부경련, 가스 생성 및 성장 장애 등을 일으키는 셀리악 질병에 걸린다고 보고하였다.

 쌀 가공제품 제조 시 가장 큰 문제점은 쌀에는 단백질 중 글루텐을 형성하는 글리아딘이 없어 빵제품의 중요한 특성인 부푸는 성질이 없고 호화되었던 전분 구조가 냉각 후에는 점탄성이 낮아지며 쉽게 노화가 된다는 것이다. 이와는 달리 밀에 들어있는 단백질인 글리아딘과 글루테린은 물을 흡수하게 되면 글루텐을 형성하여 dough의 망상구조를 이루고, 발효과정 중 발생되는 CO₂를 포함하여 글루텐의 막 표면에 전분과립이 늘어섬으로써 가열 시 제빵 제품 특유의 질감을 갖게 된다(山本, 1980).

쌀빵 제조 시 문제점 해결을 위한 방법과 품질향상을 위한 연구가 보고되고 있다. Song & Shin (2007)은 쌀가루의 입자와 침지조건, Kang & Han (2000)은 제분방법을 달리하여 제빵  가능성에  대해  연구하였고, Mettler & Seibel (1995)과 Kang  et al. (1997)은 다양한 검질을 첨가함으로써 쌀빵의 품질이  향상됨을  보고하였으며, Nishita  et al. (1976)와 Sivaramakrishnan  et al. (2004)은 글루텐 대체재로써 hydro-xypropyl methylcellulose(HPMC)를 첨가하여 제빵적성이 향상됨을 보고하였다.  

 트랜스글루타미나제(transglutaminase; TG)는  중합효소로써 높은 분자량의 고분자 형성을 위한 촉매로 작용하여 단백질을 가교시키며(cross-linking reaction), 일차아민 존재 하에 단백질 중 glutamine의  아민기와  가교를  형성하고(acyl transfer reaction), lysine 잔기 또는 1차 아민이 없을 때에는 물이 수용체로 작용하여 glutamine에서 탈아미드화(deamidation)되어 다른 생성물을 형성하게 한다. 이러한 트랜스글루타미나제 기능들은 단백질을 구조적으로 변형시키고 식품의 기능적인 특성을 변화시킴으로써 다양한 식품제조를 가능하게 한다(Ikura et al., 1980; Kurth & Rogers, 1984; Motoki  et al., 1984; Matheis & Whitaker, 1987). Gerrard  et al. (2000)은  제빵시 TG를 첨가함으로써 구운 빵의 부피가 증가하고 맛과 외관이 향상되며, Sakamoto  et al. (1996)과 Seo  et al. (2003)은 조리 후 국수의 조직이 나빠짐을 예방하고 생면의 유통기간을 연장 시키며, 밀과 대두와 같이 알레르기를 형성하는 특정식품에 알레르기 감소를 가져온다고 보고하였다. Kuraishi  et al.(1997)은 육류의 작은 조각들(햄버거, 미트볼)에 TG를 첨가함으로써  조직,  탄성,  맛과  외관이  향상되고, Motoki  et al.(1984)은 요구르트 제조 시 가교에 의한 gel의 수분 보유력 증가로 물리적 충돌이나 온도의 변화에 따라 내용분리 현상이 감소됨을 보고 하였다. 이와 같이 TG 처리에 의해 다양한 식품 단백질의 물성제어가 가능하며 각각의 식품단백질이나 원료 특성에 따라 기능이 향상될 수 있다.

 본 연구에서는 벼 품종 간 이화학적 특성을 조사하여 가공에 적합한 품종을 선정하고, 선정된 품종 쌀가루에 TG를 첨가하여 스폰지 케익을 제조함으로써 빵의 체적과 조직감 감소로 인한 물성을 개선하고자 실험을 수행하였다.

재료 및 방법

재료

 쌀은 농촌진흥청 국립식량과학원에서 육성한 다수확 일반계 품종인 보람찬, 드래찬, 한마음을 각각 사용하였다. 쌀가루는 건식으로 pin mill(FM-680W, Hanilelectric Co., Ltd. Korea)을 사용하여 제분하였고, 100 mesh의 체를 통과시킨 분말을 사용하였다.

 Transglutaminase(TG)는  Streptoveticillium morbaraensis로부터 생산된 효소로 아지노모토사(Ajinomoto Co. Inc., Japan)에
서 구입하여 사용하였다.

아밀로스 함량

 요오드 비색정량법에 따라 시료 100 mg에 95% ethanol 1 mL와 1N NaOH 9mL를  넣어 20분간  방치  후  끓는  물에서 10분간 가열 호화시키고, 100 mL가 되도록 증류수를 채운 다음 5mL을  취하였다.  여기에 1N CH₃COOH 1 mL와 2% 요오드 용액 2mL을 첨가하고 100 mL가 되도록 증류수로 채운 뒤 20분 동안 발색시켜 620 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준곡선은 Montgomery와 Senti(Montgomery & Senti, 1958)의 부탄올법으로 분리한 아밀로스와 아밀로펙틴을 일정비율로 혼합한 다음 위와 같은 방법으로 흡광도를 측정하여 구해진 식을 이용하여 함량을 계산하였다.

물결합력

 Medcalf와 Gilles 방법(Medcalf & Gilles, 1965)을 변형하여 측정하였다. 50 mL 원심관에 시료 0.5 g과 증류수 20 mL을 가한 후 실온에서 1 시간 동안 분산시켜 5,000 g에서 30분간 원심분리하였다. 원심분리 후 침전된 시료는 무게를 측정하여 다음 식을 이용하여 계산하였다.

손상전분 함량

 AACC 방법(Evers & Stevens, 1985)에 따라 Megazyme kit로 측정하였다. 시료 100 mg을 원심관에 담아 40℃의 항온수조에서 5분간 예열하였고, fungal  α-amylase solution(50 U/mL) 1.0 mL을 넣고 5초간 섞은 후 40℃에서 10분간 반응시켰다. 반응 후 0.2%(v/v) 황산 용액 8mL을 넣어 반응을 정지 시키고, 3,000 g에서 5분간 원심분리 하였다. 원심 분리한 상징액 0.1 mL과 glucose standard  및 blank 0.1 mL을  취해 0.1 mL의 amy-loglucosidase solution(2 U)을 가하여 40℃ 항온수조에서 10분간 반응시켰다. 각 시험관에 GOPOD reageant 용액 4.0 mL을 넣고 40℃에서 20분간 반응시켜 510 nm에서 흡광도를 측정하였고, 다음 식을 이용하여 계산하였다.

호화특성

 신속점도측정기(Model RVA-4, Newport Scientific Ltd., Warriewood Australia)를  이용하여  측정하였다.  시료 3g과 25 mL의  증류수를 sample can에  넣어  분산  시키고  온도를 50~95℃까지 상승 및 유지 시킨 후 다시 50℃까지 냉각, 유지하면서  점도를  측정  하였다.  호화특성은  호화개시온도(gelatinization temperature; ℃), 최고점도(peak viscosity; RVU), 최저점도(through viscosity; RVU),  최종점도(final viscosity; RVU)를 구하고, 이것을 이용하여 강하점도(breakdown: 최고점도-최저점도), 치반점도(setback: 최종점도-최고점도)를 계산하였다. 점도단위는 Rapid Viscosity Unit(RVU)로 표시하였다.

스폰지 케이크 제조

 스폰지 케이크의 재료 배합 비율은 Table 1과 같다. 계란을 계량하여 전량을 믹서볼에 넣고 소금을 첨가하여 푼 후 설탕과 물엿을 넣어 혼합하였다. 50℃에서 중탕으로 설탕을 녹인 후 거품을 형성시켜 쌀가루, 물과 청주를 혼합한 후 반죽을 만들었다.  형성된  반죽은 360 × 540 × 50 mm  팬에  팬닝하고 180℃ 오븐에서 25분간 구워 쌀 스폰지 케이크를 제조하였다.

Table 1. Formulation for the preparation of sponge cake.

스폰지 케이크의 무게와 부피

 완성된 스폰지 케이크는 실온에서 1 시간 방냉 한 후 무게를 측정하였고, 좁쌀을 이용한 종자치환법으로 부피를 측정하였다.

조직감 측정

 제조된 케이크는 20℃가 유지되는 저장고에 7 일간 저장하면서 Texture analyser(Model TA-XT21, London, England)를 이용하여 물성을 측정하였다. 시료를 3×3×2.5cm의 크기로 잘라 3.5 cm  알루미늄 probe를  이용하여 pre-test speed 1.0 mm/sec, test speed 2.0 mm/sec, post-test speed 3.0 mm/sec, distance 12.0 mm 및 trigger force 5.0 g의 조건에서 각 시료의 견고성(hardness), 응집성(cohesiveness), 탄력성(springi-ness), 씹힘성(chewiness)을 측정하였다.

관능검사

 관능검사 요원은 농촌진흥청 식량과학원에 근무하는 연구원 중 선정하여 실험목적과 스폰지 케이크의 관능적 품질요소를 잘 인식하도록 설명하고 참고 시료를 이용하여 훈련시킨 다음실험에 응하도록 하였다. 평가항목은 외형(appearance), 조직감(texture),  맛(taste),  전체적인  기호도(overall acceptability)에 대하여 5점 기호 척도법으로 평가하였다.

통계처리

각 시료간 유의성 검증은 SAS 통계처리 프로그램(SAS Ins-titute Inc, Cary, NC, USA)을 이용하였다. 각 자료는 분산분석에 의해 유의성을 검정하였고, Duncan의 다중범위 검정을 실시하여 유의적인 차이를  p <0.05 수준으로 비교 분석하였다. 

결과 및 고찰

이화학적 특성

 쌀가루를 이용한 가공식품의 품질은 쌀가루 제분 시의 특성변화와 주성분인 전분의 특성에 의해 주로 결정되고(Juliano, 1985), 제조공정에 맞는 쌀의 수분흡수율과 전분손상도 등 물리적 성질을 갖도록 하는 것이 필요하다(Shin  et al., 2001; Lee  et al., 2004; Lee & Shin, 2006; Kim & Shin, 2007; Kim  et al., 2011).

 대표적인 다수확 품종인 보람찬, 드래찬과 한마음 벼의 아밀로오스, 물결합력 및 전분 손상도에 대한 실험결과는 Table 2와  같다.  품종들의  아밀로스  함량  측정결과  한마음  벼가 20.2%로 가장 높게 측정되었고 보람찬과 드래찬은 각각 19.9와 18.5%로 평가되어 품종 간 유의적인 차이는 없었다. Choi(2002)는  쌀  품종  선발기준에서  아밀로오스  함량의  경우 17~20%  수준일  때  양질미라고  언급하였고, Kang & Han(2000)은 쌀빵 가공 시 아밀로오스 함량이 높을수록 쌀가루 호화액의 점성이 증가하고 쌀 빵의 부피가 증가되어 쌀빵 제조에 유리하며, Knog(1971)는 아밀로오스가 배유에 존재하는 지질들과 작용하여 아밀로오스-지질 복합체를 형성함으로써 제빵과정에서 경화를 지연시키며 조직감을 향상시킨다고 보고하고 있다. 따라서 보람찬, 드래찬과 한마음 벼의 경우 비교적 높은 아밀로오스 함량으로 인하여 쌀빵 제조가 가능하다고 판단되었다.

Table 2. Physicochemical properties of varietal difference. (Unit : (%))

 물결합력은 쌀가루 입자의 표면적에 큰 영향을 미치는데 수침시간이 증가할수록, 입도가 작을수록, 전분입자의 호화와 손상정도, 세포내에 전분입자가 갇혀져 있는 상태에 따라 다르며 단백질 함량이나 단백질과 전분의 상호작용과 관련이 있다. 품종 간 물결합력은 보람찬 벼가 136.7%로 가장 높은 값을 나타냈고, 한마음과 드래찬 벼가 각각 131.3%와 129.2%로 측정되었다. 쌀가루에 들어있는 불용성의 글루테린 단백질은 제빵 반죽 시 물을 흡수하는 양이 많지 않아 가공성을 좋게 하기 위해서는 비교적 물결합력이 높은 품종이 요구된다. 따라서 물결합력이 가장 높은 보람찬이 제빵 적성에 유리한 품종으로 판단되었다.

 전분 손상정도는 전분의 구조, 수분함량, 분쇄압력, 제분기의 형태 및 속도 등에 영향을 받고(Kim  et al., 2011) 반죽형성 등 가공 적성에 영향을 미친다. Farrand (1972)는 밀가루 제빵 반죽 시 손상전분 입자가 과도하면 반죽 젤라틴화 과정 중 공기와 반죽간의 계면이 불안정하여 굽기 단계에서 내부 gas cell의 밀착에 의해 제품의 부피가 감소되고, Lee & Shin (2006)과 Kim & Shin (2007)은 제빵 등 쌀가루 제품을 제조할 때 전분입자에 수분을 흡수할 수 있는 능력이 밀가루보다 낮기 때문에 적절한 손상전분 입자가 포함되어야 함을 제시하였다. 일반적으로 쌀가루의 수침시간이 길어질수록 전분의 손상도가 증가하고 열수가용성 아밀로오스 함량이 증가하며(Choi & Kim, 1997), 아밀로오스 중 가용성 아밀로스는 제품의 탄성과 경도에 영향을 주고 불용성 아밀로스는 호화도와 조직감에 영향을 준다(Hansen  et al., 1991). 실험결과 보람찬>한마음>드래찬 순으로 품종 간 큰 차이는 보이지 않았고 물결합력과 상관관계가 있음을 알 수 있었다.

호화특성

 쌀가루 현탁액의 호화는 쌀가루의 입자크기 및 제조 방법, 아밀로스와 아밀로펙틴의 함량, 수분함량, 기타 성분, 가열온도 및 시간 등 여러 요인에 영향을 받는다(Kim & Shin, 2007). 좋은 식미특성을 위한 아밀로그람 특성은  요리될 수 있는 상태가 되는 최소한의 요구되는 온도인 호화개시 온도와 노화의 간접적인 영향을 나타내는 치반점도는 낮고, 최고점도와 열전단에 대한 저항력을 나타내는 강하점도가 높아야 하며(Blakeny et al., 1996; Choi  et al., 2006),  가공에  적합하기위해서는 최고점도가 높아야 구조형성이 안정화되어 유리한 것으로 알려져 있다(Kim & Shin, 2007). 품종별 쌀가루에 다양한 농도의 TG를 첨가한 후 호화특성을 비교하여 Table 3에 나타냈다. 품종들 모두 호화개시온도와 치반점도는 TG 무첨가 시보다 첨가 시 낮아졌고 농도가 높아질수록 낮아지는 경향을 보이다가 증가되었으며, 최고점도와 강하점도는 TG 무첨가 시보다 첨가 시 높아졌고 농도가 높아질수록 증가하는 경향을 보이다가 감소되었다. 상기 결과로부터 쌀가루에 적정한 농도의 TG를 첨가함으로써 호화개시 온도와 치반점도는 낮아지고 최고 점도가 높아져 호화특성이 개선되었으며 과량의 TG 첨가 시 높은  ε-(γ-glutamyl)lysine(GL) 가교에 의해 호화정도가 감소됨을 알 수 있었다(Sakamoto  et al., 1994).

Table 3. Amylogram properties of varietal difference of rice flour prepared with addition of various transglutaminase concentration.

스폰지케이크의 무게와 부피

 제빵 품질 특성 중 빵의 무게와 부피는 조직감과 저장 중 노화에 큰 영향을 미친다. 쌀에는 제빵 시 빵의 기초 골격을 이루게 하며 발효 중 생성된 가스를 보유할 수 있는 글루텐이 없어 로프 볼륨(loaf volume)형성이 어렵다(Shin  et al., 2010). TG는 스펀지케이크 반죽 시 쌀단백질과 가교를 형성하고 달걀에 들어있는 단백질에 작용하여 거품형성에 도움을 주며 쌀가루에 의해 계란거품이 가라앉거나 꺼지는 현상을 방지하여 물성을 향상시킬 수 있다. 상기 언급한 결과로부터 물결합력과 호화특성이 비교적 우수한 보람찬 쌀가루에 다양한 농도의 TG를 첨가하여 케이크를 제조하였다. 대조군으로 밀가루를 사용하였으며 무게, 부피와 견고도를 측정한 결과는 Table 4와 같다. 밀가루 케이크의 무게와 부피는 각각 166 g과 1035 cc, 견고도는 1.20 N로 측정되었고, 쌀가루 TG 무첨가 스펀지케이크의 무게와 부피는 각각 162 g과 1018 cc, 견고도는 0.94 N으로 측정되었으며, TG 농도가 높아질수록 부피는 증가하다가 감소경향을 나타냈고, 무게와 견고도는 반대의 경향을 나타냈다. TG첨가에 의한 쌀 스펀지케이크의 부피증가는 단백질 간의 GL  가교  형성으로  수분과  가스보유력  증가  때문이며 1.0% 이상의 농도에서의 부피감소와 견고도 증가는 높은 가교형성 때문으로 판단되어진다. 상기결과로부터 쌀 스폰지 케이크 제조 시 품질향상을 위한 최적의 TG 농도는 밀가루로 만든 케이크의 무게보다 가볍고 유사한 부피를 가지며 견고도가 낮아 부드러운 특성을 나타낸 0.20% 정도가 적절하다고 판단되었다.

Table 4. Changes in weight and loaf volume, Firmness of sponge cake prepared with addition of various transglutaminase concentration.

스폰지케이크의 물성

 보람찬 쌀가루에 다양한 농도의 TG를 첨가하여 스폰지 케이크를 제조하였다. 제조된 스폰지 케이크는 20℃가 유지되는 저장고에 7 일간 저장하면서 기간에 따른 물성 변화를 조사하여 Table 5에 나타냈다. TG 무처리군의 경우 노화현상을 가장 쉽게 평가할 수 있는 경도는 0 일에 1273 g으로 측정되었고 시간이 경과할수록 높아져 저장 7 일째는 2085 g이었으며, 경도와 상관관계가 있는 씹힘성 역시 증가되었고, 점도와 촉촉한 정도와 관련이 있는 응집성은 감소되어 노화가 빠르게 진행됨을 알 수 있었다. TG 농도 0.1% 첨가군의 경우 경도는 무첨가군보다 높게 측정되었고 저장기간이 길어질수록 증가되었으며 응집성은 감소되었고 씹힘성은 경도와 같은 경향을 나타냈다. 0.2% 첨가군의 경우 저장기간이 길어질수록 경도, 씹힘성은 증가하였으나 증가폭이 작았으며 응집성과 탄성은 0.1% 첨가 시 보다 높아져 노화가 지연되며 물성개선에 효과가 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 제품 제조 시 TG를 첨가함으로써 GL가교에 의한 수분과 가스보유력 향상 때문으로  판단된다(Motoki  et al., 1984; Kuraishi  et al., 1997; Gerrard  et al., 2000). TG 농도 0.4와 0.6% 첨가의 경우 저장기간이 길어질수록 경도와 응집성의 증감의 폭이 증가되었다. TG 첨가 시 무 첨가군보다 노화가 느리고 물성개선에 효과적이었으나 너무 낮고 높은 농도의 TG 첨가 시 물성개선에 비효과적임을 알 수 있었다. 실험결과 스펀지케이크의 물성 개선을 위한 최적의 TG 농도는 0.2%가 적절하였다.

Table 5. Textural properties of rice sponge cake prepared with the addition of various transglutaminase concentration during storages at 20℃.

스폰지 케이크의 관능검사

 보람찬, 드래찬과 한마음 품종 쌀가루에 TG 무첨가와 첨가후  스폰지  케이크를  만들어  관능검사를  실시하였고  결과는 Table 6과 같다. 외형, 조직, 맛과 전체적인 기호도는 3 품종 모두 효소처리군이 무처리군 보다 높게 평가되었다. 이러한 결과는 TG를 첨가함으로써 케이크의 부피가 증가되어 색태가 좋아지며(Ju  et al., 2006),  경도가  감소되어  부드럽고, 탄성 및 응집성이 증가되어 씹힘성과 촉촉한 정도가 향상되기 때문으로 판단되었다. 품종간의 결과는 보람찬이 외형, 조직감, 맛 및 전체적인 기호도에서 드래찬과 유의적인 차이는 없었고 한마음과 유의적인 차이를 보이며 우수하게 평가되었다. 이러한 결과는 보람찬 품종의 경우 비교적 아밀로오스 함량이 높아 탄력성이 좋아지고(Kang  et al., 1997), 단백질함량이 낮아 전분의  호화와  팽화가  유리하며(Son  et al., 2002),  지질이 0.8% 정도 함유되어 있어 아밀로오스와 지질복합체를 형성하여 제빵 시 맛을 향상시키고 노화를 지연시켜주기 때문으로 판단되었다(Knog, 1971). 앞으로 이러한 요인들과의 상관관계에 대해서 계속적인 연구가 진행되어야할 것으로 사료된다.

Table 6. Varietal difference in sensory evaluation of several properties for rice sponge cake prepared with addition of transglutaminase.