배럴온도와 옥수수 전분 첨가에 따른 압출성형 분리대두단백의 물리적 특성
구본엽․류기형 공주대학교 식품공학과
Effects of Barrel Temperature and Addition of Corn Starch on Physical Properties of Extruded Soy Protein Isolate
Bon-Yeob Gu and Gi-Hyung Ryu
Department of Food Science and Technology, Kongju National University
ABSTRACT The objective of this study was to determine the effects of barrel temperature and addition of corn starch on the physical properties of extruded soy protein isolate (SPI). Extrusion conditions were barrel temperature (130, 140, and 150°C), corn starch content (0 and 10%), a fixed moisture content (60%), and screw speed (250 rpm).
Specific mechanical energy (SME) input decreased as barrel temperature increased from 130 to 150°C. However, SME input increased as corn starch content increased from 0 to 10%. Expansion ratio increased and specific length decreased as barrel temperature and corn starch content increased. The extruded SPI at 10% corn starch and 150°C barrel temperature had higher water absorption capacity, elastic force, and cohesiveness than those of extruded SPI at 130 and 140°C. However, the extruded SPI at 0% corn starch content and barrel temperature 130°C had a lower integrity index, elastic force, and cohesiveness than those of extruded SPI at barrel temperature (140 and 150°C).
In conclusion, the tested physical properties of extruded SPI were more affected by corn starch content than barrel temperature.
Key words: soy protein isolate, textured soy protein, high moisture extrusion, barrel temperature, physical properties
Received 12 January 2018; Accepted 5 March 2018
Corresponding author: Gi-Hyung Ryu, Department of Food Science and Technology, Kongju National University, Yesan, Chungnam 32439, Korea
E-mail: [email protected], Phone: +82-41-330-1484
서 론
비만과 영양소의 불균형을 예방하기 위해 건강 및 웰빙 생활에 대한 관심이 높아지면서 기능성 성분과 식물성 단백 질이 풍부한 대두에 대한 관심 및 연구가 증가하고 있다.
대두는 양질의 단백질과 지방질은 물론 다양한 생리 활성 물질을 포함하고 있으며, 특히 대두의 saponin, phytic acid, fiber, 난소화성 단백질 등이 담즙산 배설증가, 콜레스 테롤 대사조절, 내분비계 조절작용 등을 통하여 혈중 콜레스 테롤 함량을 낮추는 효과가 있다(1,2).
대두 가공식품 중 인조육은 아직 국내에서 연구가 미비하 지만 동물성 단백질 대체 식품으로써 최근 들어 연구와 관심 이 증가하고 있다. 인조육 가공 중에 콩이나 밀 단백질을 가열처리에 의해서 겔화시킨 방법과 콩 단백질을 응고, 석출 시켜 섬유를 형성시킨 단백질 식품이 있으나 조직 형성이 되지 않거나 단가가 비싼 단점이 있다. 하지만 압출성형 공 정은 배럴(barrel) 안에서 회전하는 스크루에 의하여 식품 소재가 혼합되면서 강력하게 마찰되어 전단력과 동시에 열
을 받아 소재의 성질을 분자결합 수준까지도 바꿀 수 있는 장점이 있다(3). 또한, 압출성형공정은 열과 기계적 에너지 를 동시에 공급하고 원료의 혼합기능이 높아 단시간, 고온고 압으로 단백질의 용융을 통하여 조직화가 용이하고, 수분을 조절함으로써 50% 이하이면 건식, 50% 이상이면 습식으로 가공할 수 있다.
인조육은 동물성 단백질을 섭취하지 못하는 사람들에게 단백질 섭취를 위한 새로운 대체식품이 될 수 있고, 사회적 문제 중 하나인 만성질환과 같은 건강문제를 해소시킬 수 있는 대안이다. 고기와 같은 조직을 인조육 제조 과정 중 공정변수나 가공변수에 관한 연구뿐 아니라 영양과 조미를 위해 참치를 첨가한 인조육(4), 조직결착과 조직감 향상을 위해 밀 글루텐을 첨가한 인조육(5), 밀가루 전분을 첨가한 인조육(6), 쌀가루를 첨가한 인조육(7)처럼 원료인 콩 이외 에도 첨가물을 혼합하여 제조한 인조육에 대한 연구도 이루 어졌다. 그중 Alvarez 등(8)이 닭의 재조직화에 대한 연구에 서 글루텐, 옥수수 전분 등과 같은 결착제를 첨가했듯이 전 분은 소화흡수율을 높이거나 수분용해성을 이용한 기능성 뿐 아니라 조직의 결착제로 쓰이기도 한다(9). 이처럼 전분 은 육가공품이나 인조육에서 가장 중요한 조직결착제이다.
고기와 비슷한 식감과 인조육의 섬유조직을 형성하기 위해 조직결착력이 필요하기 때문이다. 앞서 연구에서는 전분을
A
1. 1/2 pitch screw 2. 2/3 pitch screw
3. full pitch screw 4. 1/2 reverse pitch screw
L/D ratio 23:1 Φ: 3.0 cm B
Fig. 1. Screw (A) and die configuration (B) for extruded soy protein isolate.
첨가한 압출성형 분리대두단백에 대한 연구는 있었지만 전 분 첨가와 압출성형공정 변수에 따른 압출성형 분리대두단 백의 연구는 없었다.
따라서 본 연구는 배럴온도(130, 140, 150°C)와 전분 함 량(0, 10%)이 식물성 단백질의 조직화와 비기계적 에너지 및 팽화율 등 물리적 특성에 미치는 영향을 살펴보았다.
재료 및 방법
재료
실험에 사용한 분리대두단백(Wachsen Industry Co., Qingdao, China)의 수분 함량은 6.2%였다. 옥수수 전분은 (주)삼양사(Ulsan, Korea)를 통해 구입하여 사용하였고, 수 분 함량은 10.8%였다.
압출성형공정
실험에 사용된 압출성형기는 실험용 동방향 쌍축 압출성 형기(THK31T, Incheon Machinery Co., Incheon, Korea) 로 직경은 30 mm, 직경과 길이의 비(L/D ratio)는 23:1이었 고, 스크루의 배열은 고전단력 스크루를 사용하였으며(Fig.
1A), 사출구의 구조는 Fig. 1B와 같다. 수분 함량은 펌프로 원료 투입구에 직접 물을 주입하여 조절하였다. 용융물의 온도는 전열기와 냉각수를 사용하여 조절하였고 모터용량 은 7.5 HP였다.
압출성형 공정변수는 원료 투입량 100 g/min, 수분 함량 60%, 스크루 회전속도 250 rpm으로 고정시키고 분리대두 단백에 첨가된 옥수수 전분의 배합비 0, 10%, 배럴온도 130, 140, 150°C로 조절하였다. 제조된 압출성형물은 열풍건조 기(DS-FCPO250, DongSeo Sci. Co., Seoul, Korea)에서
50°C로 8시간 건조하여 팽화 특성을 측정하였다. 건조된 압출성형물을 고온에서 수화하여 수분흡수력, 탄성력, 응집 력, 조직잔사지수를 측정하였고, 가정용 분쇄기(FM-90T, Hanil, Haman, Korea)로 분쇄한 후 50~70 mesh의 체망에 거른 분말을 시료로 사용하여 수용성 질소지수를 측정하였 다.
비기계적 에너지
비기계적 에너지 투입량(specific mechanical energy, SME, input)은 Ryu와 Mulvaney(10)의 방법을 이용하여 압 출성형기가 단위 질량당 소비한 전기에너지로 나타내었다.
즉 원료 투입 시의 전력과 모터 공회전 시의 전력의 차와 압출성형물의 생산량과의 비로부터 실제 원료에 투입된 전 력에너지를 구하였다. 비기계적 에너지 투입량은 식(1)과 같 다.
SME input＝ E－E0
PR (1)
SME input: specific mechanical energy input (J/g) E: electric power when input to material (J/s) E0: electric power when idling (J/s)
PR: production rate (g/s)
팽화 특성
압출성형물의 팽화율은 가로와 세로를 캘리퍼스(CD-15C, Mitutoyo Co., Kawasaki, Japan)로 10회 측정하여 사출구 단면적과 압출성형물 단면적비의 평균값으로 산출하였다.
비길이는 압출성형물 무게와 길이를 5회 측정하여 단위질량 당 길이의 비(cm/g)를 평균치로 산출하였다.
압출성형물의 조각밀도는 차조를 이용한 종자치환법으로 3회 반복하여 평균값을 산출하였다. 계량컵을 이용하여 무 게를 측정해 압출성형물의 부피를 구한 후 밀도를 계산하였 다. 압출성형물의 조각밀도는 식(2)와 같다.
PF＝ M
M+M0－M1 P (2)
PF: piece density of extrudate (g/cm3) P: bulk density of millet (g/cm3) M: mass of extrudate (g) M0: mass of millet in cup (g)
M1: mass of extrudate and millet in cup (g)
수분흡수력
압출성형물의 수분흡수력(water absorption capacity, WAC)은 1.5~2.0 cm 시료를 water bath를 이용하여 90°C 에서 1시간 30분간 수화시킨 다음 15분간 물을 제거하고 수화된 시료의 무게를 측정했다. 건조된 시료와 수화된 시료 의 무게를 이용하여 식(3)에 대입하여 값을 산출하였다(11).
Water absorption capacity＝
Wet sample wt.－Dry sample wt.
Dry sample wt. (3)
조직감
수화된 압출성형물의 탄력성(elastic force)과 응집성 (cohesiveness)은 Sun Rheometer(Compac-100Ⅱ, Sun Sci. Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 3회 측정하여 평균값 을 산출하였다. 탐침 1번으로 측정하였고, 직경은 2 cm였으 며, 측정조건은 최대응력 2 kg이었다. 1.5~2.0 cm 시료를 사용하여 water bath에서 90°C, 1시간 30분간 수화시킨 다음 15분간 물을 제거하고 탄력성과 응집성을 측정했다.
Trinh과 Glasgow(12)가 제시한 식(4)와 식(5)를 이용하여 탄력성과 응집성을 계산하였다.
Elastic force (%)＝ Length2
Length1 ×100 (4)
Cohesiveness (%)＝ Area2
Area1 ×100 (5)
조직잔사지수
조직화 압출성형물의 조직형성 정도를 평가하기 위하여 조직잔사지수(integrity index)를 다음과 같이 측정하였다.
건조된 시료 약 5 g을 채취하여 water bath 80°C에서 30분 동안 수화시킨 후 121°C에서 15분간 고압 가열하였다. 흐 르는 물에 냉각시킨 후 100 mL의 증류수를 부어 14,450 rpm에서 1분간 균질화시키고 20 mesh 체에서 흐르는 물로 1번 씻어낸 다음 105°C에서 4시간 건조시켰다. 건조시킨 잔여물의 무게를 시료의 무게로 나누어 식(6)에 따라 산출하
였다(13).
Integrity index (%)＝ Dry residue wt.
Sample wt. ×100 (6)
수용성 질소지수
압출성형물의 수용성 질소지수(nitrogen solubility in- dex, NSI)는 Daun과 Kisilowsky(14)의 방법을 사용하였 다. 시료 1.5 g을 0.5%의 KOH 용액 75 mL에 넣고 30°C의 Shaker(SI-300R, Jelotech, Gangneung, Korea)에서 120 rpm으로 교반하였다. 그중 50 mL를 취하여 2,000 rpm에서 20분 동안 원심분리 한 후 0.5 mL의 상등액을 최종적으로 취하여 Starcher(15)의 방법으로 ninhydrin을 사용하여 수 용성 질소 함량(soluble nitrogen content)을 측정하였다.
총 질소 함량(total nitrogen content)은 시료 1.5 g을 6 N의 염산 100°C에 24시간 동안 완전히 가수분해하여 75 mL의 증류수에 녹인 후 상등액 0.5 mL를 취하여 ninhydrin 방법 으로 측정하여 식(7)에 대입하여 계산하였다.
NSI (%)＝ Soluble nitrogen content
Total nitrogen content in sample×100 (7)
미세구조 측정
압출성형물을 80°C의 물에 2시간 수화시킨 후 종단면으 로 찢어 동결 건조하여 단면을 백금으로 코팅한 다음 고분해 능 주사전자현미경(MIRA LMH, Tescan, Brno, Czech)으 로 가속전력 20 kV에서 미세구조를 관찰하였다.
통계처리
결과의 통계처리는 SPSS(Statistical Package for the Social Science, version 23.0) 프로그램(IBM-SPSS, Thorn- wood, NY, USA)을 이용하여 일원배치분산분석(one-way ANOVA)을 실시한 후 유의적 차이가 있는 항목에 대해서 P<0.05 수준에서 그 결과를 Duncan’s multiple range test 로 검정하였다.
결과 및 고찰
비기계적 에너지 투입량
압출성형공정에서 비기계적 에너지 투입량은 단백질과 수분 혼합물의 유변학적 변화와 시스템 변수로서 단백질 사 슬의 절단, 단백질의 변성, 단백질의 재조직화, 체류시간에 영향을 미치고, 비기계적 에너지와 열에너지 투입량의 비는 4:1로 비기계적 에너지 투입량이 큰 비중을 차지한다(16, 17). 또한, 비기계적 에너지 투입량은 팽화, 밀도, 기하학적 인 특성과 관련이 있다. 비기계적 에너지, 압출성형물 온도, 체류시간을 통해 팽화된 압출성형물의 관능적 품질 특성과 팽화율 등을 예측할 수 있다(18).
Table 1에 나타낸 것과 같이 배럴온도가 증가할수록 비
Table 1. Specific mechanical energy input and expansion properties of extruded soy protein isolate at different barrel temperature and starch content at moisture content 60%
Extrusion parameters Specific mechanical
energy (J/g) Expansion ratio Specific length
(cm/g) Piece density (g/cm3) Starch content (%) Barrel temperature (°C)
0
130 140 150
113.77 91.02 68.26
0.77±0.08e1) 1.02±0.10d 1.22±0.09c
3.28±0.19a 2.51±0.16b 2.49±0.15b
0.78±0.06ab 0.84±0.05a 0.75±0.04bc
10
130 140 150
136.53 113.77 91.02
1.33±0.08c 1.84±0.11b 2.33±0.22a
2.22±0.06c 2.11±0.13c 2.16±0.14c
0.70±0.03c 0.63±0.02d 0.56±0.02d
1)Values with different letters in the same property column indicate significant differences (P<0.05).
기계적 에너지 투입량은 감소하였는데 배럴 내 반죽의 점도 가 감소하여 흐름저항이 감소하였기 때문이다. 비기계적 에 너지 투입량은 전분 함량 10%, 배럴온도가 130°C일 때 136.53 J/g으로 가장 큰 값을 나타냈으며, 전분 함량 0%, 배럴온도 150°C일 때 68.26 J/g으로 가장 낮은 값을 나타내 었다. 또한, 전분 함량이 0%일 때보다 10%일 때 비기계적 에너지 투입량이 상승하는데, 이는 온도가 감소하고 전분 함 량이 증가함에 따라 점도가 증가하여 비기계적 에너지 투입 량이 상승한 것으로 생각된다. 이는 Ryu와 Ng(19)이 100
°C 이상의 본 연구와 같은 재래식 압출성형공정으로 밀가루 와 옥수수를 압출하였을 때 배럴 내의 용융물 점성이 증가하 면 비기계적 에너지 투입량이 상승한다는 보고와 일치하였 다. Gu와 Ryu(20)가 CO2 주입에 따라 옥수수를 압출하였을 때 사출구 온도가 110°C일 때 95°C보다 비기계적 에너지 투입량이 감소하였다는 연구 결과와 압출성형 분리대두단 백의 비기계적 에너지 투입량 변화도 유사한 경향을 나타내 었다.
팽화 특성
일반적인 압출성형에서 팽화 특성인 팽화율, 비길이, 조 각밀도는 조직감, 제품의 품질 및 소비자 기호성에 영향을 미치는 중요한 인자이다(21). 또한, 팽화 특성과 분리대두단 백의 조직형성 상관관계를 통해 섬유상조직과 기공구조를 예측할 수 있다. 배럴온도와 전분 함량에 따른 압출성형 분 리대두단백 팽화율, 비길이, 조각밀도의 변화를 Table 1에 나타내었다. 전분 함량이 0%일 때와 10%일 때 모두 배럴온 도가 증가함에 따라 팽화율이 증가하였고, 전분 함량 10%, 배럴온도가 150°C일 때 2.33±0.22로 가장 높은 값이었다.
전분 함량 0%일 때 온도가 130°C에서 150°C로 증가할수록 팽화율은 0.77±0.08에서 1.22±0.09로 증가하였다. 또한, 전분 함량이 10%일 때 온도가 130°C에서 150°C로 증가할 수록 1.33±0.08에서 2.33±0.22로 증가하였다.
비길이는 전분 함량 10%일 때보다 0%일 때 더 높은 값을 나타내었고, 배럴온도가 증가할수록 비길이는 감소하였다.
전분 함량 10%, 배럴온도가 130, 140, 150°C일 때 각각 2.22
±0.06, 2.11±0.13, 2.16±0.14 cm/g이었다. Table 1과 같 이 직경팽화율과 비길이의 상관관계로 직경팽화율이 증가
하면 비길이는 감소하였다. 이는 밀과 옥수수 가루를 이용한 재래식 압출성형공정에서 직경팽화율이 증가하면 비길이는 감소하는 음의 상관관계를 갖는다고 보고한 Gu와 Ryu(22), Ryu와 Ng(19)의 결과와 압출성형 분리대두단백의 직경팽 화율과 비길이의 상관관계와 일치하였다.
조각밀도는 전분 함량이 10%에서 배럴온도가 130, 140, 150°C로 증가할수록 0.70±0.03, 0.63±0.02, 0.56±0.02 g/cm3로 감소하였다. 이는 배럴온도가 증가할수록 압출성 형물의 내부기공 때문에 팽화율은 증가하고 밀도는 감소하 였다. Gu 등(21)이 쌀과 삼 종실을 이용한 압출성형물과 Jin 등(23)이 삼 종자를 이용하여 후레이크를 제조한 압출성형 물은 배럴온도가 증가함에 따라 밀도는 감소한다는 결과와 일치하였다.
수분흡수력
수분흡수력은 수화시킨 분리대두조직단백의 조직과 밀접 한 관계를 가지고 있으며, 수분 함량과 배럴온도가 수분흡수 력에 중요한 요소이다. 또한, 압출성형물이 많이 팽화될수록 수분흡수력은 증가한다. 시료들이 팽창할수록 공기층이 커 지기 때문에 수화할 때 물을 더 많이 흡수하기 때문이다(11).
배럴온도와 전분 함량에 따른 수분흡수력 변화를 Table 2에 나타내었다. 전분 함량이 0%에서 배럴온도가 130, 140, 150°C로 증가할수록 수분흡수력은 5.35±0.25, 5.53±0.23, 5.90±0.16 g/g으로 증가하였고, 전분 함량이 10%에서 배럴 온도가 130, 140, 150°C로 증가할수록 4.66±0.19, 5.37±
0.07, 6.71±0.28 g/g으로 증가하였다. Thiébaud 등(24)이 냉동연육과 농축대두단백을 압출하였을 때 배럴온도가 증 가할수록 용융 점도가 감소함으로써 섬유상조직과 여러 표 면을 덮고 있는 층들의 형성이 증가하기 때문에 배럴온도의 증가는 수분흡수력과 양의 상관관계를 보여준다고 보고하 였다. 또한, Lin 등(11)은 9:1의 비율로 분리대두단백과 밀 전분을 압출하였을 때 배럴온도가 증가할수록 압출성형물 들이 사출구 밖으로 나오면서 팽창하는 공기층이 커지기 때 문에 수분흡수력이 증가한다고 보고하였다. 이는 본 실험에 서 배럴온도가 증가할수록 수분흡수력이 증가하는 실험 결 과와 일치하였다.
Table 2. Water absorption capacity and texture of extruded soy protein isolate with different barrel temperature and starch content at moisture content 60%
Extrusion parameters Water absorption capacity (g/g)
Texture
Starch content (%) Barrel temperature (°C) Elastic force (%) Cohesiveness (%) 0
130 140 150
5.35±0.25c 5.53±0.23c 5.90±0.16b
38.61±1.23d 61.72±2.67bc 79.30±1.55a
40.64±4.87c 40.51±7.48c 57.67±4.34b 10
130 140 150
4.66±0.19d 5.37±0.07c 6.71±0.28a
58.92±6.89c 65.97±3.35b 79.43±1.30a
44.71±7.37c 44.02±5.83c 69.68±2.29a
1)Values with different letters in the same property indicate significant differences (P<0.05).
0 5 10 15 20 25
130 140 150
Barrel temperature (oC)
Integrity index (%) .
ISP ISP+Starch
c
ab
c a
a
bc
Fig. 2. Changes in integrity index of texturized soy protein iso- late by different barrel temperature and corn starch content. Bar values followed by the different letters (a-c) are significantly different (P<0.05).
0 10 20 30 40 50 60
130 140 150
Barrel temperature (oC)
Nitrogen solubility index (%) .
ISP ISP+Starch a
e c
e b
d
Fig. 3. Changes in nitrogen solubility index of texturized soy protein isolate by different barrel temperature and corn starch content. Bar values followed by the different letters (a-e) are significantly different (P<0.05).
조직감
탄력성과 응집성은 수화된 분리대두조직단백의 조직감에 대한 측정평가로써 탄력성은 시료에 변형력이 제거되고 나 서 원상태로 돌아가는 비율이고, 응집성은 씹힘에 대한 저항 성을 이용하여 조직형성력을 측정할 수 있다(12).
전분 함량을 0%로 고정시키고 배럴온도 130, 140, 150
°C에 따른 탄력성은 38.61±1.23, 61.72±2.67, 79.30±
1.55%로 증가하였고, 응집성도 40.64±4.87, 40.51±7.48, 57.67±4.34% 값으로 증가하는 경향을 보였다. 전분 함량 을 10%로 고정시키고 배럴온도를 130, 140, 150°C로 각각 달리하였을 때 탄력성은 58.92±6.89, 65.97±3.35, 79.43
±1.30%로 점차 증가하였고, 응집력은 각각 44.71±7.37, 44.02±5.83, 69.68±2.29%였다. Gu와 Ryu(25)는 분리대 두단백을 압출하였을 때 수분 함량과 스크루 회전속도에 따 른 탄력성과 응집성 모두 수분흡수력과 양의 상관관계를 보 였고, 또한 탄력성과 응집성도 수분흡수력과 마찬가지로 기 공의 구조와 관련이 있다고 보고하였다. 본 실험에서는 전분 을 첨가한 분리대두단백 압출성형물의 탄력성과 응집성도 비슷한 경향을 보였다.
조직잔사지수
분리대두조직단백의 조직화 정도를 가장 쉽게 평가할 수
있는 것은 관능평가이지만 섬유상 조직감을 수치상으로 나 타내기는 어렵다. 따라서 육고기가 가지고 있는 섬유상 조직 감을 수치적으로 표현하기 위해 사용하는 조직보존성 측정 법인 조직잔사지수를 사용한다(13).
조직잔사지수의 변화를 Fig. 2와 같이 전분 함량이 10%, 배럴온도가 140°C일 때 15.88±4.30%로 가장 큰 값이었으 며, 전분 함량이 0%, 배럴온도가 130°C일 때 0.19±0.01%
로 가장 낮은 값을 보여주었다. 전분 함량이 0%일 때보다 10%일 때 조직잔사지수가 증가한 결과를 통해 전분이 조직 의 결착력을 상승시킨 것으로 생각된다. Gu와 Ryu(25)가 분리대두단백을 압출하였을 때 수분 함량이 가장 낮은 압출 성형물에서 팽화가 가장 많이 일어났기 때문에 조직잔사지 수가 낮았다고 보고하였다. 본 실험에서 배럴온도가 150°C 이상일 때 팽화가 많이 일어나 조직의 결착력이 떨어진 결과 와 비슷한 경향이었다.
수용성 질소지수
질소는 우리 몸의 면역 체계와 호르몬 조절 등을 담당하는 필수 구성 성분으로써 수용성 질소지수는 강한 수용성의 성 질을 가지고 있는 아미노산을 선택적으로 검출할 수 있는 방법이다(25,26). 또한, 수용성 질소지수는 단백질이 조직 화되면서 변성 정도를 수치화한 지표이다(5). 수용성 질소지
Barrel temperature (°C)
130 140 150
Corn starch content (%)
0
10
Fig. 4. Scanning electron micrographs of machine-section of hydrated extruded soy protein at different corn starch content and barrel temperature.
수는 옥수수 전분 첨가 함량 0%에 배럴온도 130°C인 시료 가 56.69±7.60%로 가장 높았고, 옥수수 전분 첨가 함량 10
%에 배럴온도 150°C인 시료가 22.47±8.58%로 가장 낮았 다(Fig. 3). 이는 쌀 함량이 증가하고 단백질 첨가물이 증가 하였을 때 수용성 질소지수의 값이 감소하였다는 Han 등(13) 의 보고와도 일치하였다. 또한, 배럴온도가 130°C에서 150
°C로 증가할수록 값이 감소하는 경향을 보였다. Cho 등(27) 이 갈색거저리를 첨가하여 압출하였을 때 단백질이 열에 의 해 변성되었으며 온도가 증가할수록 변성 정도가 증가하였 다고 보고하였다. 이는 단백질이 조직화되는 과정 중 배럴에 서 열과 전단력에 의해 변성되었으며, 배럴온도가 증가할수 록 수용성 질소지수가 감소한 결과를 통해 배럴온도가 증가 할수록 단백질의 조직화가 많이 일어난 것으로 생각된다.
미세구조
전분 함량과 배럴온도에 따른 압출성형 분리대두조직단 백의 종단면(×1,000)의 미세구조는 Fig. 4와 같다. 전분 함 량 0%, 130°C 압출성형 분리대두조직단백의 종단면은 조 직화가 되지 않은 섬유조직이 관찰되었으나, 배럴온도가 증 가할수록 단백질 조직화 정도가 증가하여 규칙적인 섬유조 직을 관찰할 수 있었다. 150°C에서는 많은 기공을 관찰할 수 있었으며, 팽화가 많이 일어났기 때문에 거친 표면과 불 규칙한 섬유조직을 관찰할 수 있었다. 본 실험을 통해 많은 기공이 관찰된 시료일수록 수분흡수력이 높다는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 Lin 등(11)이 수분흡수력은 다공질 형태 의 층과 관련이 있으며 시료들이 팽창할수록 공기층이 커진 다는 내용과 일치하였다. 그리고 동일한 온도에서 전분 함량
이 0%에서 10%로 증가하였을 때 형성된 섬유조직을 통해 단백질의 조직화가 증가함을 확인할 수 있었고, 배럴온도가 증가할수록 조밀하고 규칙적인 섬유조직을 형성하였다. 결 과를 통해 단백질의 조직화가 배럴온도의 영향을 받고 전분 함량이 증가할수록 섬유조직이 형성된 것을 보아 결착제인 전분이 중요한 원료임을 알 수 있었다.
결론적으로 전분의 첨가와 배럴온도가 증가할수록 조직 화가 증가하였고 냉각다이를 사용하여 팽화 억제를 한다면 조직결착력을 향상시킬 수 있을 것이라 생각된다.
요 약
본 연구는 배럴온도와 전분 첨가가 분리대두단백의 조직화 및 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하기 위해 스크루 회전 속도 250 rpm, 수분 함량을 60%로 고정시키고, 배럴온도 130, 140, 150°C, 전분 함량을 0, 10%로 조절하였다. 전분 함량이 증가할수록 비기계적 에너지 투입량은 상승하였고, 배럴온도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 팽화율은 전분 함량과 배럴온도가 증가할수록 증가하였고, 비길이는 전분 함량과 배럴온도가 증가할수록 감소하였다. 조각밀도 는 전분 함량과 배럴온도가 증가할수록 감소하였다. 전분 함량이 10%에서 배럴온도가 130, 140, 150°C로 증가할수 록 조각밀도는 각각 0.70±0.03, 0.63±0.02, 0.56±0.02 g/
cm3였다. 수분흡수력은 전분 함량이 10%에서 배럴온도가 150°C일 때 가장 큰 값인 6.71±0.28 g/g이었으며, 배럴온 도가 130, 140, 150°C로 증가할수록 4.66±0.19, 5.37±
0.07, 6.71±0.28 g/g으로 증가하는 경향을 보였다. 탄성력
과 응집력은 양의 상관관계를 보였으며, 전분 함량이 10%에 서 배럴온도가 150°C일 때 탄력성과 응집성이 각각 79.43
±1.30, 69.68±2.29%로 가장 높은 값이었다. 배럴온도와 전분 함량이 증가할수록 탄력성과 응집성 모두 증가하는 경 향을 보였다. 전분 함량이 0%에서 10%로 증가하였을 때 조직잔사지수는 증가하였다. 전분 함량이 10%에서 배럴온 도가 140°C일 때 가장 높은 조직잔사지수(15.88±4.30%) 를 나타내었다. 결론적으로 전분이 첨가된 것이 조직결착력 뿐만 아니라 탄력성과 응집성 같은 조직감을 향상시키는 것 을 확인할 수 있었다. 또한, 팽화된 압출성형물로 인해서 낮 은 조직잔사지수를 보인 시료들은 냉각다이를 사용하여 팽 화 억제를 할 수 있다면 조직결착력을 향상시킬 수 있을 것 이라 생각된다.
감사의 글
이 논문은 2018년도 과학기술정보통신부 재원으로 한국식 품연구원의 지원(E0156422-04)을 받아 수행된 연구 성과 입니다.
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