완두콩 단백질과 Transglutaminase를 첨가한 돈육 근원섬유 단백질의 물성 평가 및 저지방 모델 소시지의 품질 특성 평가
최지선․진구복
전남대학교 동물자원학부 및 기능성 할랄축산물 연구센터
Evaluation of Rheological Properties of Pork Myofibrillar Protein Gel and Quality Characteristics of Low-Fat Model Sausages with
Pea Protein Concentrate and Transglutaminase
Jiseon Choi and Koo Bok Chin
Department of Anima Science, and Research Institute for Functional Halal Animal Products, Chonman National University
ABSTRACT This study was performed to evaluate the physical properties of pork myofibrillar protein (MP) gels containing 0, 0.5, and 1.0% of pea protein concentrate (PPC, 80% protein) and transglutaminase (TG), and to evaluate the physicochemical and textural characteristics of a pork low-fat model sausage. Addition of PPC and TG resulted in increased viscosity and gel strength, with best results achieved with TG treatment (P<0.05). Sodium dodecyl sul- fate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) revealed no differences in the protein bands among treatment groups. Addition of TG with PPC resulted in a denser microstructure of pork MP gels; the most compact structure was obtained with 1.0% PPC and TG. The textural characteristics of the low-fat model sausages were harder and springier when 1.0% PPC was added in combination with TG (P<0.05). The textural gumminess and chewiness increased with TG addition, and was further augmented with PPC (P<0.05). Our results indicate that the combination of PPC and TG enhances the physical properties of pork MP gels and textural properties of the pork model sausage. Thus, PPC in combination with TG is effective in enhancing the functional and textural properties of meat products, and the effect was most apparent when combined with TG and 1.0% PPC.
Key words: pea protein, transglutaminase, myofibrillar protein, low-fat sausage
Received 23 March 2020; Accepted 22 April 2020
Corresponding author: Koo Bok Chin, Department of Animal Sci- ence, Chonnnam National University, Gwangju 61186, Korea E-mail: [email protected], Phone: +82-62-530-3261 Author information: Jiseon Choi (Graduate student), Koo Bok Chin (Professor)
서 론
근육 단백질은 콜라겐을 포함한 결체조직 단백질, 근장 단 백질 및 근원섬유 단백질로 구성되는데 그중 미오신(myo- sin)은 근원섬유에서 가장 풍부한 단백질로 고기 단백질을 묶어 3차원 단백질 네트워크 구조를 형성하여 수분을 보유 할 수 있으므로 보수력, 조직감 등 육제품의 품질에 중요한 역할을 한다(Grossi 등, 2016; Sun과 Holley, 2011). 또한 Sun과 Holley(2011)는 근원섬유 단백질의 젤 형성 최적 온 도가 60°C에서 70°C 사이라고 보고하였다. 근원섬유 단백 질에 난백, 대두, 유청 단백질 등 단백질의 첨가는 젤 강도와 같은 특성을 향상시키고, 미생물로부터 추출한 transglu- taminase는 비단백질 첨가물로써 결착력을 증가시켜서 젤
화에 기여한다고 보고하였다(Sun과 Holly, 2011; Lee와 Chin, 2010). 식육을 구성하는 근원섬유 단백질은 가열을 통한 젤(heat-induced gel) 형성에 중요한 작용을 하는데 65°C에서 가열 시 표면 소수성이 증가하나 고온에서는 다시 소수성이 감소하였고 이러한 소수성의 감소는 소수성 잔기 의 일부가 젤 네트워크 형성을 유도하는 단백질-단백질 상 호작용에 기인한 것임을 나타낸다(Tornberg, 2005).
완두콩(Pisum sativum L.)은 다른 두과작물들과 마찬가 지로 풍부한 단백질 식품으로써 단백질을 약 18~30% 정도 함유하고 있으며, 이러한 식품 단백질은 최종식품의 기능적, 이화학적 특징에 영향을 미친다(Adebiyi와 Aluko, 2011;
Swanson, 1990). 렌틸콩과 완두콩 단백질(pea protein con- centrate, PPC)을 비교･분석한 연구에서는 완두콩 단백질 이 비교적 높은 젤화 능력을 나타냈다고 보고했는데(Swan- son, 1990), 이는 단백질 함량이 80% 이상인 것으로 lysine (8.12%)과 glutamine(16.39%)을 함유하고 있다(Tömösközi 등, 2001). 완두콩 단백질 가열 시 나타나는 젤 형성 능력은 식품에서 중요한 기능성 특성 중 하나이지만 대두 단백질에 비하여 육제품에서의 완두콩 단백질의 적용에 대한 연구는
Table 1. Formulation of the pork myofibrillar protein gels with pea protein concentrate and transglutaminase
% Treatments1)
CTL TRT1 TRT2 TRT3 TRT4 TRT5
Myofibrillar protein (MP) Buffer
Ingredients
Pea protein concentrate (PPC) Transglutaminase (TG)
80.0 20.0 0.00 0.00
80.0 19.5 0.50 0.00
80.0 19.0 1.00 0.00
80.0 19.5 0.00 0.50
80.0 19.0 0.50 0.50
80.0 18.5 1.00 0.50
Total 100 100 100 100 100 100
1)Treatments: CTL, MP control; TRT1, MP with PPC 0.5%; TRT2, MP with PPC 1.0%; TRT3, MP with TG; TRT4, MP with PPC 0.5% and TG; TRT5, MP with PPC 1.0% and TG.
부족한 실정이며, 완두콩 단백질 또는 완두 가루는 육제품의 조직감에 크게 영향을 미치지 않는다는 결과들이 있었다고 보고된 바 있다(Sun과 Arntfied, 2012a; 2012b).
Microbial transglutaminase(TG)는 미생물 Streptover- icillium mobaraense에서 유래한 효소로 특정 단백질에서 acyl기의 공여자(donor)로 작용하는 글루타민 잔기의 γ- carboxyamide group과 acyl acceptor로 작용하는 라이신 잔기의 ε-amino group을 포함하는 다양한 1차 amines 사 이에서 acyl-transfer 반응을 촉매한다(Motoki와 Seguro, 1998; Kuraishi 등, 1997; Basman 등, 2002). TG는 또한 재구성 육제품에 적용했을 때 냉장 상태나 식염의 첨가 없이 도 육제품의 제조가 가능하게 한다고 보고되었다(Kuraishi 등, 1997). 따라서 이전 연구에 근거하여 완두콩 단백질을 육제품에 적용하기 위해서는 TG와 같은 단백질 교차결합 효소와 함께 사용해야 할 것으로 사료된다. 따라서 본 연구 는 완두콩 단백질과 TG를 단독 혹은 복합 첨가한 돈육 근원 섬유 단백질의 물성 특성과 저지방 소시지의 품질 및 특성을 평가하여 제품 안에서 완두콩 단백질과 TG의 상호작용을 통해 육제품의 어떤 기능적인 특성이 향상되는지 평가하기 위해 실시하였다.
재료 및 방법
공시재료
본 연구에 사용된 등심(Landrace×Yorkshire, A등급)과 후지(Landrace×Yorkshire, A등급)는 광주에 위치한 현대 유통에서 구입하였다. 등심과 후지의 결체조직과 외부지방 을 제거하여 실험에 사용했으며, 등심은 근원섬유 단백질 추 출용으로 1~2 cm3로 정육면체로 잘라 200 g씩 진공 포장하 여 -50°C에 실험 전까지 약 2주간 보관하였다. 후지는 만육 기(Meat chopper, M-12S, Hankook Fujee Industries Co., Ltd., Hwaseong, Korea)로 분쇄한 후 1 kg씩 진공 포장하여 -50°C에서 냉동 저장하였다. 완두콩 단백질(pea protein concentrate, PPC)은 단백질 함량이 약 80~85%
로 Yantai Shuangta Food(Shandong, China)에서 제공했 으며, transglutaminase(ACTIVA, TG-S)는 Ajinomoto (Kawasaki, Japan)에서 제공받아 실험에 사용하였다.
근원섬유 단백질의 추출 및 젤 제조
동결된 등심은 4°C에서 약 12시간 해동한 뒤 단백질 추출 에 사용했으며, 근원섬유 단백질을 추출하기 위해서 등심을 4배의 0.1 M NaCl, 50 mM sodium phosphate buffer(pH 6.25)와 함께 1분 30초씩 분쇄한 후 원심 분리하여 pellet을 얻는 과정을 3회 실시하였다. 마지막으로 pellet을 8배의 0.1 M NaCl(pH 6.25)과 혼합 후 멸균 거즈로 불순물을 걸러 내고 원심 분리하였다. 원심분리는 4°C의 조건에서 926×g 로 15분 동안 실시하였다(Supra 22K, Hanil Science Medi- cal, Daejeon, Korea). Biuret 방법에 따라 추출한 근원섬유 단백질의 농도를 측정하여 최종 젤 농도를 4%로 조정하였 다. 젤 제조를 위한 배합비는 Table 1에 나타냈으며, 젤은 vials(Fisher Scientific, Leicestershire, UK)에 5 mL씩 분 주하여 4시간 동안 4°C에서 배양하였다. 그리고 4°C에서부 터 80°C에 도달할 때까지 가열한 후 얼음에 급속 냉각하여 4°C에 보관하였다
완두콩 단백질을 첨가한 근원섬유 단백질의 점성도(visco- sity)
가열 전 젤의 점성도를 측정하기 위해 concentric cylin- der type rotational rheometer(RC30, Rheotec Mess- technik GmbH, Ottendorf-Okrilla, Germany)를 이용하였 다. Shear rate는 360초 동안 0에서 600/s까지 일정하게 증가하도록 설정하였다. Shear rate와 shear stress는 Rheo 3000(Rheotec Messtechnik GmbH) software를 사용하여 계산하였고, 엑셀을 이용하여 측정값을 나타내었다.
완두콩 단백질을 첨가한 근원섬유 단백질의 가열 수율 (coo- king yields, %)
Vials(1.7 cm×5 cm)에 5 g씩 정량한 젤은 20°C에서부 터 80°C가 될 때까지 항온수조에서 가열시킨 후 얼음에 급 속 냉각시켰으며, 4°C에서 하루 동안 냉장 보관 후 유리된 수분을 측정하였다. 가열 수율은 다음과 같은 식에 의해서 도출되었다. [가열 수율＝(초기 젤 무게－유리된 수분 무 게)/초기 젤 무게×100]
Table 2. Formulation of low-fat sausages with pea protein concentrate and transglutaminase
% Treatments2)
REF CTL TRT1 TRT2 TRT3
Meat
Water Ice water
Hydrate water (SPI/PPC) Non meat ingredient Salt
STPP
Sodium erythorbate Cure blend1)
Transglutaminase (TG) Fat replacer Soy protein isolate (SPI)
Pea protein concentrate (PPC)
60.0 34.0 4.00 1.30 0.40 0.05 0.25 0.00 1.00 0.00
60.0 38.0 0.00 1.30 0.40 0.05 0.25 0.00 0.00 0.00
60.0 38.0 0.00 1.30 0.40 0.05 0.25 1.00 0.00 0.00
60.0 36.0 2.00 1.30 0.40 0.05 0.25 1.00 0.00 0.50
60.0 34.0 4.00 1.30 0.40 0.05 0.25 1.00 0.00 1.00
Total 101.0 100.0 101.0 101.5 102.0
1)Cure blend＝Consist of 93.75% of salt 6.25% of sodium nitrite.
2)Treatments: REF, SPI 1.0%; CTL, control; TRT1, TG 1.0%; TRT2, TG 1.0%＋PPC 0.5%; TRT3, TG 1.0%＋PPC 1.0%.
완두콩 단백질을 첨가한 근원섬유 단백질의 젤 강도(gel strength)
가열 수율을 측정한 젤을 젤 강도 측정 시료로 사용했으 며, Instron Universal Testing Machine(model 3344, Canton, MA, USA) Merlin program의 puncture test를 실 시하였다. 사용한 load cell은 steel drill chuck(33BA 1/2- 20, Jacobs Chuck, Sparks Glencoe, MD, USA)이며, head speed 500 mm/min의 조건으로 젤 강도를 측정하였다.
완두콩 단백질을 첨가한 근원섬유 단백질의 전기영동(so- dium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electropho- resis, SDS-PAGE)
전기영동은 Mini PROTEAN 3 Cell(Bio-Rad Laborato- ries, Hercules, CA, USA)을 이용하였다. 10% acrylamide separating gel과 4% acrylamide stacking gel을 제조했으 며, 1%의 단백질과 sample buffer를 혼합하여 loading sample을 제조하였다. Separating gel에 standard protein marker(Model#161-0318, Bio-Rad Laboratories)와 함 께 sample을 loading 하였으며, 150 V에서 약 1시간 30분 동안 단백질을 분리했다. Loading이 끝난 후 젤은 Coomas- sie brilliant blue staining solution에서 1시간 30분 염색시 켰으며, 염색 후 destaining solution으로 탈색시켰다.
완두콩 단백질을 첨가한 근원섬유 단백질의 주사전자현미경 (scanning electron microscopy)
주사전자현미경적 관찰은 가열 후 비육류 단백질 함량에 따른 3차원적인 구조 변화를 확인하기 위해 실시하였다. 시 료는 정육면체 모양으로(3 mm3) 정형하여 4°C에서 24시간 동안 0.1 M sodium phosphate buffer(pH 7.0)를 포함한 2.5% glutaraldehyde를 사용하여 단백질 시료를 고정하였 다. 그 후 0.1 M sodium phosphate buffer(pH 7.0)를 함유 한 1%의 osmium tetroxide를 첨가하여 5시간 처리한 다음 0.1 M phosphate buffer(pH 7.0)로 10분간 3회 세척 후에 10분 간격으로 에탄올 농도(50, 60, 70, 80, 90, 100%)를
증가시키면서 탈수시켰다. 마지막으로 10분간 아세톤으로 전처리하였다. 건조된 시료는 model 108 auto sputter coa- ter(Cressington Scientific Instruments Ltd., Watford, England)로 골드 코팅하여 low-vacuum scanning elec- tron microscopy(LV-SEM, JSM-6610LV, JEOL Ltd., Tokyo, Japan)로 시료 표면을 관찰하였다.
저지방 모델 소시지 제조
Table 2의 배합비에 따라 완두콩 단백질 함량을 0, 0.5, 1.0%로 달리하고 TG를 1% 첨가하여 저지방 모델 소시지를 제조하였다. 후지는 4°C 조건에서 해동 후 사용했으며, 원료 육에 TG와 함께 빙수를 첨가하여 약 30초간 mixer(HMC- 401, Hanil Electric, Seoul, Korea)를 사용하여 세절 및 혼합시켰다. 1차 첨가물[salt, sodium erythorbate, sodium tripolyphosphate(STPP), cure blend]과 빙수를 1분 동안 세절 및 혼합 후 염용성 단백질을 추출한 후 수화시킨 완두 콩 단백질과 빙수를 1분 세절 및 혼합 후 마지막으로 약으로 30초, 강으로 30초씩 세절 및 혼합과정을 거쳐 소시지 반죽 을 제조하였다. Model VS-5500 원심분리기(Vision Sci- ence Co., Ltd., Daejeon, Korea)를 사용하여 소시지 반죽 (40 g)을 넣은 50 mL 튜브를 1,660×g 조건으로 2분 원심 분리하였다. 반죽은 4°C 조건에서 약 4시간 배양시킨 후 75
°C 항온수조(WB-22, Daihan Scientific Co., Ltd., Seoul, Korea)에서 30분 가열하였다. 가열이 끝난 소시지는 얼음 에 급속 냉각시켜 4°C에서 실험 전까지 보관하였다.
완두콩 단백질을 첨가한 저지방 모델 소시지의 pH 및 색도 저지방 모델 소시지의 pH는 고체용 pH meter(Model 340, Mettler-Toledo, Schwarzenbach, Switzerland)를 사용하여 한 처리구당 5회씩 측정하여 그 평균을 구하여 나 타내었다. 색도는 1.5 cm의 두께로 절단한 소시지 단면을 Color Reader(CR-10, Minolta, Tokyo, Japan)를 사용하 여 명도(CIE L*, lightness), 적색도(CIE a*, redness), 황색 도(CIE b*, yellowness)의 값들을 각각 6회씩 측정하였다.
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0 200 400 600 800 1000 1200
Shear rate (1/s)
Shear stress (PA) .
CTL 0.50%
1.00%
CTL+TG 0.5%+TG 1.0%+TG CTL TRT 1 TRT 2 TRT 3 TRT 4 TRT 5
Fig. 1. Viscosity of myofibrillar protein (MP) with pea protein concentrate (PPC) and transglutaminase (TG). CTL, MP control;
TRT1, MP with PPC 0.5%; TRT2, MP with PPC 1.0%; TRT3, MP with TG; TRT4, MP with PPC 0.5% and TG; TRT5, MP with PPC 1.0% and TG.
각각의 측정값은 평균을 산출하여 색도를 평가했으며, 표준 흰색판의 값은 L=94.8, a=1.0, b=0.1이다.
완두콩 단백질을 첨가한 저지방 모델 소시지의 일반성분 분석
완두콩 단백질을 첨가한 모델 소시지의 일반성분 검사는 AOAC(2000) 방법에 근거하여 수분 함량은 Dry oven법, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법, 조단백질은 Kjeldahl법을 실시하였다.
완두콩 단백질을 첨가한 저지방 모델 소시지의 가열감량 가열감량은 가열 전후의 소시지의 무게를 측정하여 하단 의 계산식에 각각의 값을 대입하여 결과를 도출하였다.
가열감량(Cooking
loss, CL, %) ＝ 가열 후 소시지의 무게 가열 전 소시지의 무게 ×100
완두콩 단백질을 첨가한 저지방 모델 소시지의 유리 수분 함량
Jauregui 등(1981)의 방법을 따라 원심분리법을 이용하 여 소시지의 유리수분량을 측정하였다. 소시지를 약 1.5 g의 직육면체 모양으로 정형하여 1/4의 여과지(Whatman #3, GE healthcare, Little Chalfont, UK)로 3겹 감싼 후 50 mL 튜브 안에 넣어 1,660×g 조건으로 15분 동안 원심분리 기(model VS-5500, Vision Science Co., Ltd.)에서 원심 분리하였다. 그 후 여과지와 시료 무게를 측정하여 하단의 계산식에 대입하여 유리수분량을 구하였다.
유리수분량(Expressible moisture, EM, %)＝
여과지에 유리된 수분의 무게 시료의 무게 ×100
완두콩 단백질을 첨가한 저지방 모델 소시지의 조직감 Bourne(1978)의 방법에 근거하여 조직감 측정을 위해 puncture를 이용하여 저지방 모델 소시지를 1.25×1.3 cm 로 정형하여 처리구당 10개의 샘플을 제조하였다. Univer- sal Testing Machine(model 3344, Instron Corporation, Norwood, MA, USA)으로 p/35 prove와 500 N load cell 로 300 mm/min cross speed 조건에서 두 번 물렸으며, 70% 압착된 시료로 경도(hardness, gf), 탄력성(springi- ness, mm), 검성(gumminess), 씹힘성(chewiness), 응집성 (cohesiveness)을 구하여 평균을 내었다.
완두콩 단백질을 첨가한 근원섬유 단백질과 저지방 모델 소시지의 통계분석
본 연구는 3번 반복 실시하였으며, SPSS software pro- gram(23.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하여 통 계분석을 하였다. 실험 1의 돈육 근원섬유 단백질의 물성 특성은 TG 첨가유무와 완두콩 단백질의 이원배치법(two- way ANOVA)을 사용하여 TG와의 상호작용을 평가했으며,
실험 2의 완두콩 첨가에 따른 저지방 소시지의 품질평가는 일원배치법(one-way ANOVA)을 활용하여 통계처리를 하 였다. 사후분석은 Duncan’s multiple range test에 의해 P<
0.05 유의적 수준에서 유의차를 나타내었다.
결과 및 고찰
완두콩 단백질과 TG를 첨가한 근원섬유 단백질의 점성도 가열 전의 추출한 근원섬유 단백질과 완두콩 단백질 그리 고 TG 간의 상호작용으로 인한 점성도 측정 결과는 Fig.
1과 같다. 완두콩 단백질을 첨가하지 않은 대조구(CTL)와 비교해서 완두콩 단백질과 TG의 복합첨가는 점성도를 증가 시켰으며, 특히 완두콩 단백질 1.0%와 TG를 함께 첨가한 처리구(TRT5)가 가장 높은 점성도를 보였다. Sun과 Arnt- field(2011)는 완두콩 단백질(pea protein isolate, PPI) 젤 에 TG를 첨가했을 때 TG를 첨가하지 않은 것보다 점탄성이 높아 더 강한 조직감(network)을 형성한다고 보고하였으 며, Hong과 Chin(2010)의 연구 결과에서는 cold-set gel의 점성도(apparent viscosity) 측정 결과 TG를 첨가했을 때 젤이 빠르게 형성되었는데, 냉장조건(cold set)에서 TG가 효과적인 젤 형성을 나타내려면 염 농도 0.3 M 이상이어야 한다고 보고하였다. 본 연구에서는 0.45 M의 식염을 조건으 로 실험을 했기 때문에 TG가 효과적으로 작용하여 1.0%의 완두콩 단백질과 식육 단백질 사이의 lysine과 glutamine 잔기의 교차결합이 형성된 것으로 사료된다.
완두콩 단백질과 TG를 첨가한 근원섬유 단백질의 가열 수율 및 젤 강도
가열 수율과 젤 강도 측정 결과(Table 3)에서 처리구와 TG와의 상호작용은 없었다(P>0.05). 가열 수율에서는 모든 처리구에서 유의적인 차이가 나타나지 않았지만(P>0.05), 완두콩 단백질 1.0%와 TG를 첨가한 처리구(TRT5)에서 젤
Table 3. Cooking yield and gel strength of myofibrillar protein (MP) with pea protein concentrate (PPC) and transglutaminase (TG)
Parameters
Cooking yield Gel strength Treatments1)×TG
interaction NS2) NS
CTL TRT1 TRT2 TRT3 TRT4 TRT5
87.6±5.03a 89.7±4.57a 91.1±3.36a 82.8±3.39a 83.6±3.85a 84.2±3.69a
166±20.2c 171±7.14c 203±38.1c 391±16.5b 428±22.5b 480±26.9a
1)CTL, MP control; TRT1, MP with PPC 0.5%; TRT2, MP with PPC 1.0%; TRT3, MP with TG; TRT4, MP with PPC 0.5%
and TG; TRT5, MP with PPC 1.0% and TG.
2)NS: not significant (P>0.05)
Means with different superscripts (a-c) in a same column are different (P<0.05).
210 125 101
58.2
35.8
21
Myosin heavy chain
α actin
Actin
Tropomyosin β chain Tropomyosin α chain KDa STD CTL TRT1 TRT2 TRT3 TRT4 TRT5
Fig. 2. SDS-PAGE of myofibrillar protein (MP) with pea protein concentrate (PPC) and trans- glutaminase (TG). CTL, MP control; TRT1, MP with PPC 0.5%; TRT2, MP with PPC 1.0%; TRT3, MP with TG; TRT4, MP with PPC 0.5% and TG; TRT5, MP with PPC 1.0%
and TG.
강도가 가장 높았으며, 완두콩의 함량에 상관없이 TG를 1%
첨가했을 때 젤 강도가 향상되었다(P<0.05). Shand 등(2008) 은 texture map에서 완두콩 단백질(commercial pea pro- tein isolate)과 TG(0, 0.35, 0.70%)를 45분 동안 50°C에서 배양한 젤의 Shear stress와 Shear strain을 비교해보았을 때 TG 첨가함량이 증가할수록 그 값이 증가했으며, 0.70%
첨가한 처리구에서 시중의 볼로나 소시지 제품과 유사한 값 을 보였고 가장 강력하고 탄력적인 젤이 형성되었다고 보고 하였다. Pietrasik 등(2007)의 연구 결과에서 돈육 단백질 젤에 sodium caseinate, blood plasma, soy protein iso- late, gelatin의 비육류 단백질과 TG 0.6%를 첨가했을 때 가열감량이나 조직적 특성에서 TG를 첨가하지 않았을 때보 다 더 향상된 결과를 나타내는 것을 볼 수 있었으나, 비육류 단백질의 종류에 따라서 그 효과는 상이하였다. 우육 단백질 젤에서는 TG의 첨가가 가열감량에 큰 영향을 미치지 않았지 만, 보수력이나 조직감의 향상을 가져왔다(Piertasik과 Li- Chan, 2002). Sun과 Arntfield(2012a)는 근원섬유 단백질 에 완두콩 단백질이나 대두 단백질을 첨가했을 때 순수한 근원섬유 단백질보다 TG의 cross-linking으로 인한 gel
network가 더 잘 형성된다고 보고했으며, 그 결과는 gel peak force에서 확인할 수 있었다. 본 연구에서도 TG 첨가 로 인한 cross-linking으로 젤 강도의 향상이 나타난 것으로 사료된다.
완두콩 단백질과 TG를 첨가한 근원섬유 단백질의 전기영동 결과
Fig. 2의 전기영동(SDS-PAGE) 결과에서 분자량이 200 kDa 부분에서는 myosin heavy chain이 나타났으며, 분자 량 45 kDa 부분에서 actin이 나타났다. 하지만 처리구에 따 른 단백질 분획은 차이를 보이지 않았다. Sun과 Arntfield (2012a)의 연구에서는 근원섬유 단백질/완두콩 단백질(pea protein isolate)의 비율이 감소하면 myosin heavy chain, actin, tropomyosin 및 troponin T 밴드의 강도가 감소하 며, 완두콩 단백질/근원섬유 단백질의 비율이 증가함에 따 라서 완두콩 단백질의 성분인 vicilin과 legumin subunit 밴 드 강도가 증가한다고 하였지만, 혼합비에 따라서 새로운 밴드가 나타나지는 않았다고 하였다. 본 연구에서는 완두콩 첨가에 따라서 밴드의 차이가 없었던 이유는 실험에 사용한 완두콩 단백질의 함량(pea protein concentrate)의 차이와 첨가함량이 1.0% 이하여서 큰 영향을 미치지 않은 것으로 사료된다.
완두콩 단백질과 TG를 첨가한 근원섬유 단백질의 주사현미 경적 관찰
주사전자현미경을 통한 근원섬유 단백질(CTL)과, TG 1.0%를 첨가한 근원섬유 단백질(TRT1), 그리고 TG 1.0%
와 완두콩 단백질 1.0%를 첨가한 근원섬유 단백질(TRT3) 의 미세구조 결과는 Fig. 3에 나타냈다. 근원섬유 단백질 젤(CTL)의 구조와 비교하여 TG를 첨가했을 때(TRT1) 미 세구조가 더 조밀하고 기공이 없어지면서 구조가 개선된 것 을 볼 수 있었다. 특히 완두콩 단백질 1.0%와 TG를 함께 첨가한 조합은 가장 조밀한 구조를 보였다. 이는 완두콩 단 백질과 육단백질의 lysine과 glutamine이 기질로 작용하고 TG의 촉매작용으로 가교결합이 형성되어 이러한 구조를 보 인 것으로 사료된다(Hong과 Chin, 2010; Chin 등, 2009;
Fig. 3. Scanning electron micrographs (×1,000 magnification) of myofibrillar protein (MP) with pea protein concenrate (PPC) and transglutamin- ase (TG). (A) MP control, (B) MP with TG, (C) MP with PPC 1.0% and TG.
Table 4. Physicochemical and textural properties of low-fat sausages with pea protein concentrate (PPC) and transglutaminase (TG) Treatments1)
REF CTL TRT1 TRT2 TRT3
pH 6.29±0.06a 6.30±0.08a 6.31±0.03a 6.32±0.07a 6.33±0.06a CIE L* (lightness)
CIE a* (redness) CIE b* (yellowness)
70.5±2.00a 8.31±0.92a 6.42±0.45a
71.2±2.81a 5.92±0.50a 6.87±1.42a
69.3±1.21a 7.79±1.17a 5.93±1.00a
68.9±0.53a 8.54±1.01a 5.74±0.33a
69.0±1.18a 8.07±0.84a 6.52±0.62a Moisture (%)
Fat (%) Protein (%)
81.8±0.53a 1.67±0.06a 12.6±0.20a
82.2±0.32a 1.54±0.02a 12.5±0.18a
81.9±0.61a 1.53±0.10a 12.6±0.22a
81.4±0.37a 1.54±0.08a 12.6±0.17a
81.2±0.23a 1.65±0.04a 12.7±0.21a Expressible moisture (%)
Cooking loss (%)
33.7±3.47a 0.53±0.06a
35.0±5.97a 0.71±0.71a
31.3±1.41a 0.53±0.06a
30.2±1.84a 0.48±0.07a
30.1±1.91a 0.49±0.06a Hardness (gf)
Springiness (mm) Gumminess Chewiness Cohesiveness
3,044±1,022b 6.32±0.87b 29.9±14.5cd 188±90.1c 9.69±1.35a
2,229±754b 6.72±1.12b 17.9±5.37d 125±53.1c 8.63±1.41a
5,197±267a 8.10±0.09a 47.4±2.13bc 350±74.4b 9.33±0.25a
6,073±1,014a 8.11±0.45a 53.8±6.58b 432±56.6b 9.80±0.94a
6,390±1,119a 8.30±0.10a 74.6±14.3a 618±119a 11.7±1.63a
1)REF, SPI 1.0%; CTL, control; TRT1, TG 1.0%; TRT2, TG 1.0%＋PPC 0.5%; TRT3, TG 1.0%＋PPC 1.0%.
Means with different superscripts (a-d) in a same row are different (P<0.05).
Ramírez-Suárez와 Xiong, 2003). 또한 본 연구에서처럼 완두콩 단백질 첨가에 따라 기공이 감소한 결과는 Jang 등 (2015)의 TG로 유도된 팥 단백질(red bean isolate)과 근 원섬유 단백질 젤을 주사전자현미경으로 관찰한 미세구조 의 결과와 유사하였다.
완두콩 단백질과 TG를 첨가한 저지방 소시지의 pH와 색도 Table 4에서 보는 바와 같이 완두콩 단백질과 TG를 첨가 한 저지방 소시지의 pH는 6.29에서 6.33 사이로 처리구 간에 유의적 차이는 나타나지 않았다(P>0.05). Thushan Sanjee- wa 등(2010)의 연구에서 chickpea, wheat 또는 pea flour 를 첨가하여 제조한 저지방 돈육 볼로나 소시지의 pH는 6.1 에서 6.3 정도로 본 연구 결과와 유사하였다. 또한, Chin과 Chung(2003)의 연구에서 저지방 소시지는 pH가 6.14에서 6.26 사이의 값을 나타냈는데, 본 연구보다 원료육의 첨가 비율이 더 낮았고 식염과 TG 비율에 따라서 다르게 제조된 소시지이기 때문에 약간의 차이가 있었던 것으로 사료된다.
Table 4의 색도측정 결과 명도(CIE L*), 적색도(CIE a*), 황색도(CIE b*)에서 모든 처리구 간에 유의적인 차이는 나 타나지 않았다(P>0.05). Sosulski와 McCurdy(1987)의 연 구 결과에서 콩과 식물인 soybean, filed pea, faba bean의 단백질이 황색도가 높다는 결과를 확인할 수 있었으며,
Shevkani 등(2015)과 Purohit 등(2016)의 연구에서는 완 두콩 단백질의 첨가가 식품의 황색도에 영향을 미친다는 연 구 결과가 있었다. 하지만 본 실험에서는 완두콩 단백질 첨 가량에 따른 황색도의 증가가 관찰되지 않았다(P>0.05).
완두콩 단백질과 TG를 첨가한 저지방 소시지의 일반성분 일반성분 결과에서도 완두콩의 첨가에 따른 뚜렷한 유의 적인 차이는 나타나지 않았으며(Table 4), 수분은 81.2~
82.2%, 조지방 함량은 1.53~1.67%, 조단백질은 12.5~12.7
%였다(P>0.05). 본 연구의 일반성분 결과는 이전 연구의 저 지방 소시지의 일반성분 분석 결과와 유사하였다(Thushan Sanjeewa 등, 2010; Chin과 Chung, 2003; Chin 등, 1999;
Chin 등, 2000).
완두콩 단백질과 TG를 첨가한 저지방 소시지의 보수력 및 가열감량
보수력과 가열감량 결과에서도 처리구 사이의 유의적 차 이는 나타나지 않았다(P>0.05)(Table 4). 이는 근원섬유 단 백질의 물성검사에서 단백질과 TG 첨가에 따른 가열 후 근 원섬유 젤의 가열 수율에서 유의적 차이가 나타나지 않은 결과와 일치한 것으로 사료된다(P>0.05). 한편 근원섬유 단 백질 젤의 물성 특성에서 유의적인 차이가 나타나더라도 모
델 소시지나 실제 제품을 제조했을 때에 다른 부가적인 첨가 물 등의 요인으로 기대하는 기능적인 특성이 나타나지 않을 수 있다. Lee와 Chin(2019)의 연구에서도 근원섬유 단백질 에 curdlan을 0.5, 1.0, 1.5%로 다르게 첨가하여 제조한 젤 에서 curdlan 첨가량이 증가할수록 가열감량이 감소하는 경 향을 관찰할 수 있었으나, 모델 소시지 제조 시 가열감량에 서 curdlan 첨가구 사이에 유의적 차이는 나타나지 않았다.
완두콩 단백질과 TG를 첨가한 저지방 소시지의 조직감 완두콩 단백질과 TG를 첨가한 저지방 소시지의 조직감 측정 결과, 경도와 탄력성에서는 TG 첨가 여부에 따라서만 유의적 차이가 나타났는데, TG 단독 처리구 및 완두콩 단백 질(0.5, 1.0%)과 TG를 복합 첨가한 처리구에서 대조구에 비해 높은 경도와 탄력성 값을 나타내었다(P<0.05). 검성과 씹힘성에서도 TG 첨가에 따른 조직감 증진을 확인할 수 있 었으며, 완두콩 단백질의 첨가함량에 비례하여 유의적으로 증가하였다(P<0.05). 이와 같은 결과는 완두콩 단백질과 TG를 첨가한 근원섬유 단백질의 젤 강도 결과와 상응하는 결과이며, 이전의 연구에서도 비육류 단백질 또는 TG를 육 제품에 첨가했을 시 제품의 조직감이 향상된다고 보고된 바 가 있다(Lee와 Chin, 2019). Lee와 Chin(2013)의 연구에 서도 녹두가루와 TG를 첨가한 저염 소시지에서 TG의 첨가 가 경도, 탄력성, 씹힘성의 증진에 영향을 미쳤으며, 녹두가 루의 함량별로 달리 제조한 소시지에서 녹두가루의 첨가가 경도와 씹힘성 증가를 가져왔다. 하지만 응집성에서는 유의 적 차이가 나타나지 않았다(P>0.05). 결과적으로 완두콩 단 백질 1.0%와 TG의 복합첨가는 저지방 소시지의 조직감 증 진에 효과적으로 영향을 미쳤다고 할 수 있다.
요 약
본 연구는 완두콩 단백질(0, 0.5, 1.0%)과 transglutaminase 첨가에 따른 돈육 근원섬유 단백질 젤의 물성 특성을 평가하 고, 돈육 저지방 모델 소시지를 제조하여 이화학적 및 조직 학적 특성을 평가하기 위해 실시하였다. 근원섬유 단백질 젤의 가열 전 점성도 결과에서는 완두콩 단백질과 TG 첨가 가 점성도를 증가시키는 것을 확인할 수 있었으며, 완두콩 단백질 1.0%와 TG의 복합첨가가 가장 점성도가 높았다. 가 열 수율에서는 유의적인 차이가 나타나지 않았으나(P>0.05), 젤 강도에서는 TG를 첨가했을 때 젤 강도가 향상되는 결과 를 확인할 수 있었으며 완두콩 단백질 1.0%와 TG의 복합 처리구에서 가장 좋은 젤 강도를 보였다(P<0.05). 전기영동 (SDS-PAGE) 결과에서는 처리구에 따른 단백질 밴드의 차 이가 나타나지 않았다. 주사전자현미경을 통한 근원섬유 단 백질의 미세구조 결과에서는 TG를 첨가했을 때 미세구조가 더 조밀하여 기공이 개선된 것을 확인할 수 있었으며, 완두 콩 단백질 1.0%와 TG를 함께 첨가한 젤은 가장 조밀한 구조 를 보였다. 저지방 모델 소시지의 품질 특성에서 pH는 6.29
에서 6.33의 범위를 보였으며, 색도 측정 결과에서도 모든 처리구의 명도(CIE L*), 적색도(CIE a*), 황색도(CIE b*)에 서 유의차가 나타나지 않았다(P>0.05). 일반성분은 수분이 81.2~82.2%, 조지방 함량은 1.53~1.67%, 조단백질은 12.5
~12.7%로 처리구 간에 차이는 없었다(P>0.05). 또한 보수 력과 가열감량 결과에서도 유의차는 나타나지 않았다(P>
0.05). 조직감 측정 결과에서는 완두콩 단백질 1.0% 처리구 와 완두콩 단백질(0.5, 1.0%)과 TG를 복합 첨가한 처리구에 서 높은 경도와 탄력성을 보였다(P<0.05). 검성과 씹힘성에 서도 TG 첨가에 따라서 조직감이 증진되었으며 완두콩 단 백질의 첨가함량에 비례하여 유의적으로 증가하였다(P<
0.05). 하지만 응집성에서는 완두콩 단백질이나 TG 첨가에 따라서 유의적 차이가 나타나지 않았다(P>0.05). 결론적으 로 완두콩 단백질과 TG의 복합 첨가는 돈육 근원섬유 단백 질의 젤의 물성을 증진시키고, 돈육 모델 소시지에서는 조직 학적 특성을 향상시켰다. 따라서 완두콩 단백질과 TG의 복 합첨가는 육제품의 기능성 증진에 효과적이며, 특히 완두콩 1.0%에 TG를 첨가했을 때 그 효과가 가장 증대되었다.
감사의 글
본 연구는 한국연구재단 기본연구(과제번호: 2017R1D1A1 B03035698)에 지원에 의하여 수행되었으며 이에 감사를 드립니다.
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