I. 서 론
우리나라에서 쌀은 주로 주식인 밥으로 가장 많이 소비되 며(Choi et al. 2011), 쌀 가공식품으로는 쌀을 이용하는 입 식용, 쌀가루를 이용하는 제분용 및 쌀 가수분해물을 이용한 전분제조 등이 있다(Lee et al. 2010). 그 중에서 쌀가루 함 유량에 따른 쌀 가공식품을 분류해 보면 5% 이하로 쌀가루 를 첨가한 부침가루, 튀김가루 및 만두피가 있고, 쌀가루 100%로 가공된 떡류 및 면류 등 다양한 제품이 있으며, 최 근 쌀가루를 이용한 빵류 및 과자류 등이 개발되고 있다. 제 과제빵 기술에서 밀가루로 만든 밀빵은 반죽 내에 글루텐 망 상구조가 형성되어 반죽의 점탄성이 있으며 발효 시 팽창하 는 효과로 부드러운 질감을 갖는다(Kulp et al. 1974, Shin et al. 2008). 그러나 쌀가루로 만든 쌀 베이커리 제품은 밀 빵과 다르게 빵의 구조를 형성하는 글루텐이 없어 밀빵 제 품에 비해 부피가 작으며, 조직감이 떨어지는 경향이 있다.
쌀 베이커리 제품의 품질 향상을 위해서 쌀빵을 제조하는 기술은 쌀가루에 밀 활성글루텐을 첨가하여 제조하는 기술 (Kang et al. 1997, Lee 2011, Kim & Lee 2009a)과 쌀가 루에 글루텐 효과를 높일 수 있는 혼합 부재료를 첨가하여 제조하는 기술로 분류할 수 있다(Nishita et al. 1976, Stampfli & Nersten 1995;Gujral & Rosell 2004;Sivaramakrishnan et al. 2004;McCarthy et al. 2005, Kim & Kim 2006;Caballero et al. 2007;Lee 2007;Kim & Lee 2009b;Demirkesen et al. 2010, Shin et al. 2010, Blanco et al. 2011). 쌀빵 제조에 첨가하는 다양한 혼합 부 재료 소재들 중에 식이섬유 유도체 HPMC (hydroxypropyl methylcellulose)는 베이커리 제품, 유제품, 가공식품 및 건강 기능식품 등에 널리 사용되고 있다(Lee et al. 2010, Lim et al. 2013). HPMC는 물에 용해된 상태에서 분자 내 히드록실 기의 수소결합에 의해 결합력을 나타내고, 고분자인 고점도 HPMC 수용액은 젤리 상태의 고형물로 존재한다(Lee et al. 2010, Lee et al. 2011, Lee 2012). 이런 구조적 기능은 제 빵 공정 조건에서 글루텐과 유사한 보형성과 탄성을 가지며, 보습성을 부여하는 역할을 하여 쌀과 같이 글루텐이 없는 곡 류를 이용한 제빵의 효과적인 특성에 영향을 준다고 보고되 고 있다(Kim et al. 2011, Lee et al. 2011, Hwang et al. 2017).
국내 시판되는 대부분의 쌀빵은 글루텐을 약 17% 함유한 제품으로 실제 밀빵의 글루텐 함량인 약 12%에 비해 높은 비율의 글루텐을 함유하고 있다(Kim et al. 2009). 한편 국 내에서는 글루텐을 첨가하지 않은 식빵 제품은 시중에서 많 이 유통이 되지 않고 있어 글루텐 프리 쌀빵은 밀 알레르기 가 있는 사람들의 밀빵 대체 틈새 제품으로서 상품화가 가 능하며, 또한 쌀빵 베이커리 제품의 다양한 개발은 쌀 가공 식품의 수요를 증가시킬 수 있을 것이다.
본 연구에서는 쌀가루를 사용한 쌀빵 베이커리 제품의 적 합한 적정제조 조건을 확립하기 위해 쌀빵 제조 시 글루텐 대체물질로 쌀빵 반죽에 많이 사용되는 HPMC와 효소 gluzyme, fungamyl 및 pentopan 등 복합 첨가 수준에 따른 반죽과 쌀빵의 물리적 특성을 조사 비교하였으며, 쌀빵의 제 빵 적성과 특성에 미치는 영향을 분석하여 쌀빵 베이커리 제 품에 대한 기초 자료 및 쌀 소비 촉진을 위한 자료로 사용하 고자 한다.
II. 연구 내용 및 방법
1. 실험재료
본 연구에서 사용된 쌀가루는 (주)대두식품(Gunsan, Korea), 설탕과 기름은 (주)CJ (Seoul, Korea), 탈지분유는 (주)서울 우유(Seoul, Korea), HPMC (hydroxypropyl methylcellulose) 는 Dow Chemical Company (Midland, Michigan, USA), 소금은 샘표(Seoul, Korea), 인스턴트 이스트는 Societe Industrielle Lesaffre (Marcqen-Baroeul, France), 유화제 sorbitan fatty acid monostearate는 (주)일신웰스(Seoul, Korea), CMC (carboxymethyl cellulose)는 고려 CMC (Nonsan, Korea), 난백 파우더는 (주)풍림푸드(Jincheon, Korea), 사용한 효소제는 gluzyme (glucose oxidase), fungamyl (fungal α-amylase) 및 pentopan (xylanase+ hemicellulases)은 Enzyme Tech. (Bagsverd, Denmark) 제 품을 구입하여 사용하였다.
2. 반죽의 비중 및 색도 측정
반죽의 비중은 AACC method 10-15 (2000)에 의해 측정 하였다. 반죽의 색도는 색차계(CR-300, Minolta Co., Osaka, Japan)를 사용하여 Hunter값인 L (lightness), a (redness) 및 b (yellowness)값으로 표시하였으며, 사용한 표준판은 L= 92.67, a=0.83, and b=0.86의 값을 가진 백색판이었다.
3. 반죽의 동적점탄성(Dynamic viscoelasticity)
쌀가루 반죽 물성의 영향을 정확히 이해함이 필요하고, 반 죽 특성을 좀 더 자세히 이해하기 위하여 HPMC 1, 2 및 3% 첨가 수준에 따른 반죽의 동적점탄성을 측정하였다. 본 실험의 동적점탄성 측정에 사용된 반죽은 쌀빵의 제조 배합 비율<Table 1>과 동일하였으며, 다만 부재료 중 이스트를 제 외하여 각각 쌀가루 함량 기준 HPMC 1, 2 및 3% 첨가하 여 만든 반죽을 사용하였다. 동적점탄성은 TA Rheometer (2ARES-11A1, Rhometric Scientific ARES, New Castle, CO, USA)를 사용하여 strain sweep test를 측정하였으며, 각 각 시료의 dynamic strain sweep test는 frequency 6.283 rad/s에서, 10−2~102 strain (%) 범위에서, paralled plate (25 mm diameter, gap 2.0 mm)를 이용하여 온도 25°C에서 탄 성(G'), 점성(G"), tan δ (G"/G')를 측정하였다.
4. 쌀빵의 제조
쌀가루 반죽의 물성 조사에서 HPMC 첨가 수준 1, 2 및 3%에 따른 반죽의 동적점탄성 측정 결과, HPMC 3% 첨가 의 경우, 반죽의 점성 변화가 낮았고, 반죽이 안정적임을 보 여주었다. 따라서 본 실험 결과를 근거로 쌀빵의 복합 효소 상호작용 실험에서는 HPMC 3% 첨가를 사용하였다. HPMC 3% 첨가와 효소 gluzyme, fungamyl 및 pentopan 복합 첨 가 실험을 위한 쌀빵의 배합 비율은 <Table 1>에 나타나 있 으며, Kim et al.(2009)의 방법에 의해 쌀빵을 제조하였다. 쌀빵의 배합 비율에서 각각 첨가물은 업체의 권장사용량과 문헌조사(Lee et al. 2008, Kim & Lee 2009a, Lee et al. 2010, Kim et al. 2011, Lee et al. 2011, Hwang et al. 2017)를 참고로 예비실험을 통해 사용량을 결정하였다. 재료 를 Hobart mixer (K5SS, Kitchenaid, Benton Harbor, MI, USA)를 사용하여 speed 1에서 30초 동안 혼합하고, 물 (90%, rfwb, rice flour weight basis percentage)을 가하여 speed 2에서 90초간 혼합하고, 다시 speed 6에서 10분간 혼 합하여 반죽하였다. 반죽 300 g을 팬(170×80×50 mm)에 분 할하고, 발효조(PF-201, Dae Young, Seoul, Korea)에서 온 도 35°C, 상대습도 8095%으로 60분간 발효시켰으며, 170°C 로 예열한 오븐(National Mfg. Co., Lincoln, NE, USA)에 서 30분간 굽기를 하였다.
5. 쌀빵의 비용적 및 색도 측정
쌀빵은 구운 후 1시간 동안 실온에서 방냉시킨 다음, 무게 를 측정하였고, 부피(mL)는 AACC method 10-05 (2000)에 의한 종자치환법으로 측정하였으며, 쌀빵의 비용적(mL/g)은 쌀빵의 부피(mL)를 무게(g)로 나누어 계산하였다. 쌀빵의 빵 껍질 crust과 빵살 crumb의 색도는 원통형 지름×높이(40×10 mm) 용기에 담아 색차계(CR-300, Minolta Co., Osaka, Japan)를 사용하여 측정하였다.
6. 통계분석
모든 실험 결과의 실험군간 차이검증은 SAS (Statistical Analysis System, ver. 8.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 일원배치 분산분석(one-way analysis of variance, ANOVA)을 실시하였다. 분산분석 결과 실험군간 유의성이 있는 경우, 각 실험군의 평균값 간의 차이수준 여 부를 결정하기 위해 사후검증으로 SNK (Student Newman Keul)의 다중비교 방법을 사용하였다.
III. 결과 및 고찰
1. HPMC 첨가 수준별 쌀빵 반죽의 효과
쌀빵 제조 시 반죽의 물성에 따라 제빵 특성이 달라지며, 본 연구에서는 글루텐 대체물질로 쌀빵의 반죽에 많이 사용 되는 HPMC 첨가 수준별 반죽의 물성을 조사하였다. HPMC 는 물의 흡수력과 결합력이 높아 글루텐과 같은 점탄성 반 죽을 형성하는 것으로 알려져 있으나, 고가의 부재료이므로 HPMC 사용량은 쌀빵 제조 원가에 주는 영향이 크다(Kim et al. 2009). HPMC 첨가 쌀빵에 대한 선행연구(Sivaramakrishnan et al. 2004, McCarthy et al. 2005, Hwang et al. 2017)에 서 HPMC 사용량은 1~3%로 조사되었다. 따라서 본 연구에 서는 gluten-free 쌀빵 제조하는데 있어서 HPMC 첨가 수준 에 의한 쌀가루 반죽 물성의 영향을 정확히 이해함이 필요하 고, 반죽 특성을 좀 더 자세히 이해하기 위해 HPMC 첨가 수준 1, 2 및 3%에 따른 반죽의 동적점탄성(dynamic viscoelasticity)을 Rheometer를 이용하여 동적 strain sweep test를 측정하였다. 쌀빵 반죽의 HPMC 첨가 수준에 따른 반 죽의 탄성(G'), 점성(G"), tan δ (G"/G')에 대한 strain 효과 는 <Figure 1>에 나타나 있다.
동적 strain sweep test에서는 HPMC 2와 3% 첨가가 HPMC 1% 첨가에 비해 strain이 낮았을 때(10−1~100% strain) 탄성(G')이 높았으며, strain이 높아질수록 탄성(G')이 더 빠르게 감소하였다. 점성(G")은 strain이 낮았을 때(10−1 ~100% strain) HPMC 2와 3% 첨가가 HPMC 1% 첨가에 비해 높았으며, strain이 높아질수록 HPMC 2와 3% 첨가는 점성(G")은 감소하였고, HPMC 1% 첨가의 경우는 감소하다 가 약간 증가하였다. tan δ (G"/G')은 strain이 낮았을 때(10−1 ~100% strain) HPMC 1% 첨가에 비해 HPMC 2와 3% 첨 가의 경우가 높았고, strain이 높아질수록 증가하였다. HPMC 1% 첨가 반죽의 strain 변화에 따른 탄성(G'), 점성(G") 및 tan δ (G"/G')는 2와 3% 반죽에 비해 낮았으며, 2와 3% HPMC 첨가 반죽의 strain 변화에 따른 탄성(G'), 점성(G") 및 tan δ (G"/G')의 변화는 유사하였다.
쌀가루에 HPMC 첨가한 반죽과 쌀빵의 연구에서 3% HPMC 첨가한 쌀가루 반죽이 밀가루 반죽의 레올로지 특성과 유사 하였으며, 쌀빵 제조에 적절하다고 하였다(Sivaramakrishnan et al. 2004, McCarthy et al. 2005). Hwang et al.(2017)의 쌀 빵 품질에 대한 친수콜로이드 효과 연구에서는 1~2% 소량의 HPMC를 첨가하였을 때 쌀빵의 부피의 증가보다는 내부 구조 를 단단하게 하는 것으로 조사되었다.
결과적으로 반죽의 탄성(G'), 점성(G") 및 tan δ (G"/G')은 HPMC 첨가량에 영향을 받았으며, HPMC 3% 첨가 반죽이 글루텐과 같은 점탄성 반죽을 형성하는데 효과적이었고, 반 죽이 안정적임을 보여 주었다. 따라서 본 실험 결과와 쌀빵 의 부피의 증가를 고려하여 HPMC 3% 첨가를 쌀빵의 기본 배합 비율로 사용하였다.
2. HPMC와 복합 효소 첨가에 따른 쌀빵의 반죽 및 제빵 특성
본 실험에서는 HPMC 3% 첨가 수준에서 효소 gluzyme, fungamyl 및 pentopan와의 상호 작용을 좀 더 조사 분석하 였으며, 첨가물의 배합 비율은 제조업체의 권장사용량과 문 헌조사(Lee et al. 2008, Kim & Lee 2009a, Lee et al. 2010, Kim et al. 2011, Lee et al. 2011, Hwang et al. 2017)를 참고로 예비실험을 통해 사용량을 결정하였다. 쌀빵 제조 시 HPMC 3%와 쌀빵의 부피 증가에 효과적인 효소 gluzyme, fungamyl 및 pentopan을 사용하였으며, 효소 gluzyme는 최고 사용량의 1/4인 0.0045%~1/8인 0.0023%, 효소 fungamyl는 최고 사용량의 3/8인 0.0045%~1/8인 0.0015%, 효소 pentopan는 최고 사용량의 1/2인 0.0090% ~1/8인 0.0023%의 범위에서 복합 첨가를 하여 제빵 효과를 분석하였고 쌀빵 반죽의 비중 및 색도 등 물리적 특성은 <Table 2>에 나타나 있다.
발효 전과 후 반죽의 비중은 유의적 차이가 없었으며, 발효 후 반죽의 비중은 효소 무첨가군과 비교 시 효소 gluzyme 0.0045%와 fungamyl 0.0015% 복합 첨가군과 gluzyme 0.0045%와 pentopan 0.0045% 복합 첨가군에서는 무첨가군 보다 증가하였고 나머지 효소 복합 첨가군에서는 무첨가군 보다 감소하였다.
반죽의 색도 분석에서는 L값(밝은 정도)은 유의적 차이가 없었으나, a값(붉은색)과 b값(노란색)에서는 유의적 차이가 있으며(p<0.001), b값은 무첨가군에 비해 HPMC 3%와 gluzyme, fungamyl 및 pentopan 효소 복합 첨가군에서 값이 낮게 나타났다.
쌀빵 제조 시 HPMC 3%와 gluzyme, fungamyl 및 pentopan 복합 첨가 수준에 따른 쌀빵의 빵껍질 crust과 빵살 crumb의 색도 특성은 <Table 3>에 나타나 있다. 쌀빵의 빵껍질 crust 색도 분석에서 L값(밝은 정도)은 효소 무첨가군보다 효소 첨 가군이 낮게, a값(붉은색)은 효소 무첨가군보다 효소 첨가군 이 높게 조사되었고, b값(노란색)은 효소 무첨가군보다 pentopan 첨가군에서는 높게, 나머지 효소 첨가군에서는 낮 게 조사되었다. 쌀빵의 빵살 crumb 색도 분석에서 L값(밝은 정도)은 효소 무첨가군보다 효소 첨가군이 높게, a값(붉은색) 은 pentopan 0.0090% 첨가군을 제외하고 효소 무첨가군과 큰 차이가 없었으며, b값(붉은색)에서도 pentopan 0.0090와 0.0045% 첨가군을 제외하고 무첨가군과 큰 차이가 없었다.
쌀빵 제조 시 HPMC 3%와 gluzyme, fungamyl 및 pentopan 복합 첨가 수준에 따른 쌀빵의 무게, 부피 및 비용적은 <Table 4>에 나타나 있다. 실험값 분석 결과, 효소 무첨가군 보다 효소 gluzyme, fungamyl 및 pentopan 첨가군에서 모 두 쌀빵의 부피와 비용적이 증가하는 것으로 조사되었다. 쌀 빵의 실험군 중에서 효소 pentopan 0.0090% 첨가군과 0.0045% 첨가군에서 부피 1,163 mL, 비용적은 4.43과 4.44 mL/g로 높게 나타났다. 그리고 효소를 2가지 이상 복합 사 용 경우, 쌀빵의 부피와 비용적은 효소 gluzyme 0.0023%와 fungamyl 0.0015% 실험군에서1,140 mL와 4.35 mL/g로 높 게 나타났다. 이와 같은 결과는 HPMC 첨가 없이 복합 효소 gluzyme 0.009%와 fungamyl 0.006%를 첨가하여 만든 쌀빵 의 부피와 비용적은 840 mL와 3.00 mL/g으로 HPMC 3%와 복합 효소 gluzyme 0.0023%와 fungamyl 0.0015% 사용한 경우보다 낮게 나타났다(Kim & Chung 2018).
결론적으로 반죽의 동적점탄성 조사에서 탄성(G'), 점성 (G") 및 tan δ (G"/G')은 HPMC 첨가량에 영향을 받았으며, 글루텐과 같은 점탄성 반죽을 형성하는데 효과적이며 쌀빵 의 부피의 증가를 고려하여 3% 첨가 수준에서 실험을 실시 하였다. 그리고 HPMC 3%와 효소 gluzyme, fungamyl 및 pentopan 등을 복합 첨가한 쌀빵의 특성 비교 분석 결과, HPMC 3% 첨가 수준에서 효소 pentopan 0.0045 및 0.0090% 사용한 경우, 두 가지 효소 gluzyme 0.0023%와 fungamyl 0.0015% 복합 사용한 경우에서 부피와 비용적이 높았고, 다른 실험군보다 쌀빵의 제빵 적성에 효과적인 것으 로 조사되었다.
IV. 요약 및 결론
본 연구에서는 쌀빵 제조 시 글루텐 대체물질로 쌀빵 반 죽에 많이 사용되는 HPMC 첨가 수준 1, 2 및 3%에 따른 반죽의 동적점탄성 분석과 HPMC 3%와 효소 gluzyme, fungamyl 및 pentopan 등 복합 첨가한 쌀빵의 제빵 품질 특 성을 조사 비교하였다. 쌀빵 반죽의 HPMC 1, 2 및 3% 첨 가 수준에 따른 반죽의 탄성(G'), 점성(G"), tan δ (G"/G')에 대한 strain 효과 분석 결과, strain이 낮았을 때(10−1~100% strain) 탄성(G')은 HPMC 2%와 3% 첨가가 HPMC 1% 첨 가에 비해 높았으며, strain이 높아질수록 탄성(G')이 빠르게 감소하였고, 점성(G")은 HPMC 2와 3% 첨가가 HPMC 1% 첨가에 비해 높았으며, strain이 높아질수록 HPMC 2와 3% 첨가는 점성(G")은 감소하였고, HPMC 1% 첨가의 경우는 감소하다가 약간 증가하였다. tan δ (G"/G')은 HPMC 2와 3% 첨가의 경우가 높았고, strain이 높아질수록 증가하였다. HPMC 1% 첨가 반죽의 strain 변화에 따른 탄성(G'), 점성 (G") 및 tan δ (G"/G')는 2와 3% 반죽에 비해 낮았으며, 2 와 3% HPMC 첨가 반죽의 strain 변화에 따른 탄성(G'), 점 성(G") 및 tan δ (G"/G')의 변화는 유사하였다. 반죽의 탄성 (G'), 점성(G") 및 tan δ (G"/G')은 HPMC 첨가량에 영향을 받았으며, 글루텐과 같은 점탄성 반죽을 형성하는데 효과적 이었고, 반죽의 점성 변화가 낮아서 반죽의 안정적임을 보여 주었다. 따라서 쌀가루 반죽의 물성 조사 결과와 쌀빵의 부 피의 증가를 고려 시 HPMC 3% 첨가가 적절한 것으로 확 인되었으며, HPMC 3% 첨가를 쌀빵의 기본 배합 비율로 사 용하였다. 그리고 HPMC 3% 첨가 수준에서 효소 gluzyme, fungamyl 및 pentopan와의 상호 작용을 조사 분석한 결과, 발효 후 반죽의 비중은 효소 무첨가군과 비교 시 효소 gluzyme 0.0045%와 fungamyl 0.0015% 복합 첨가군과 gluzyme 0.0045%와 pentopan 0.0045% 복합 첨가군에서는 증가하였고 나머지 효소 복합 첨가군에서는 감소하였다. 반 죽의 색도 분석에서는 L값(밝은 정도)은 유의적 차이가 없었 으나, a값(붉은색)과 b값(노란색)에서는 유의적 차이가 있었 다(p<0.001). 쌀빵의 무게, 부피 및 비용적의 분석 결과, 효 소 무첨가군보다 효소 gluzyme, fungamyl 및 pentopan 첨 가군에서 모두 쌀빵의 부피와 비용적이 증가 하는 것으로 조 사되었다. 쌀빵의 비용적은 HPMC 3%와 효소 pentopan 0.0090% 첨가군과 0.0045% 첨가군에서 4.43과 4.44 mL/g 로 높게 나타났으며, 그리고 HPMC 3%와 효소 2가지 이상 복합 사용한 gluzyme 0.0023%와 fungamyl 0.0015% 실험 군에서 4.35 mL/g로 높게 나타났다. 결과적으로 HPMC 3% 첨가에서 효소 pentopan 0.0045 및 0.0090% 사용한 경우, 두 가지 효소 gluzyme 0.0023%와 fungamyl 0.0015% 복합 사용한 경우에서 부피와 비용적이 높아, 다른 실험군보다 쌀 빵의 제빵 적성에 효과적인 것으로 조사되었다.
