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ISSN : 1225-7060(Print)
ISSN : 2288-7148(Online)
Journal of The Korean Society of Food Culture Vol.40 No.4 pp.129-138
DOI : https://doi.org/10.7318/KJFC/2025.40.4.129

Effect of Allulose Mixing Ratios on the Quality Characteristics of Rice Layer Cakes

Jae-Eun Jeon1, Ji-Young Kim2, In-Seon Lee3*
1Fermented and Processed Food Reasearch Division, National Institute of Crop and Food Science, RDA
2Gunsan Center for Children’s and Social Welfare Foodservice Management
3Departmemt of Food and Nutrition, Kunsan National University
* Corresponding author: In-Seon Lee, Department of Food and Nutrition, Kunsan National University, Daehak-ro 558, Gunsan-si, Jeonbuk State, Korea, 54150 Tel: +82-63-469-4632 Fax: +82-63-469-7426 E-mail: inseon.lee@kunsan.ac.kr
May 16, 2025 June 11, 2025 June 18, 2025

Abstract


This study examined the quality characteristics of rice layer cakes prepared using various levels of allulose (ALL). ALL was used to substitute 0% (control group), 25% (ALL-25 group), 50% (ALL-50 group), 75% (ALL-75 group) and 100% (ALL- 100 group) of white sugar (WS) in the manufacture of rice layer cake. The substitution of WS with ALL decreased the pH of the cake batter but increased its specific gravity (p<0.001). The ALL-100 group exhibited higher moisture content than the control (p<0.05), and baking loss increased with increasing ALL levels (p<0.01). The volume index of the cake decreased significantly as the proportion of ALL increased (p<0.001). Low lightness, high redness, and high yellowness were observed in the experimental groups at higher proportions of ALL (p<0.001). The ALL-100 group exhibited significantly higher hardness, adhesiveness, cohesiveness, springiness, gumminess, and chewiness than the other groups (p<0.05). Sensory evaluation revealed that cakes with higher ALL levels had stronger perceived intensity with respect to “color,” “sweet aroma,” and “salty taste.” The acceptance test indicated that the ALL-25 group was comparable to or more acceptable than the control in all attributes except for color.


Allulose , sugar , cake , quality characteristics

알룰로스 혼합비율이 쌀 레이어 케이크의 품질 특성에 미치는 영향

전재은1, 김지영2, 이인선3*
1농촌진흥청 국립식량과학원 발효가공식품과
2군산시어린이·사회복지급식관리지원센터
3국립군산대학교 식품영양학과

초록

    I. 서 론

    레이어 케이크는 설탕이 밀가루보다 더 첨가되는 고배합 반죽형 케이크 중 하나이며(Jeong et al. 2010), 데코레이션 케이크를 만들 때 기본 시트로 활용된다. 케이크 제조 시 사용되는 설탕은 단맛을 부여하고 굽는 과정에서 전분의 호화를 지연시켜 케이크가 부풀어 부피가 커지는 것을 도와주며 고유의 색과 향을 생성하는데 영향을 미친다(Kim 1994). 베이커리류 제품을 만들 때 설탕이 중요한 역할을 하지만 이를 많이 섭취하게 되면 심혈관 질환, 당뇨병, 치아 우식증 등 의 건강과 관련된 문제를 유발한다(MFDS 2016).

    전 세계적으로 과도한 당 섭취로 인한 건강 문제가 대두되면서 세계보건기구는 당 섭취량을 1일 25 g 이하로 할 것을 권장하였다(Kim et al. 2016a;Breda et al. 2019). 우리 나라에서는 2016년도에 “당류 저감화 종합계획”을 수립하여 가공식품을 통한 당류 섭취량을 1일 총 에너지 섭취량의 10% 이내로 낮추도록 권장하고 있다(MFDS 2019a). 이러한 저당 지침에 따라 설탕을 대체할 수 있는 대체 감미료에 대한 관심이 높아지는 추세이다(Kim et al. 2021a). 설탕을 대신하여 사용할 수 있는 대체 감미료에는 알룰로스, 타카토스, 자일리톨, 아스파탐 등이 있다(Kim et al. 2016b). 그중 알룰로스는 무화과나 포도 등에 소량 함유되어 있으며, 설탕의 약 70%에 해당하는 단맛을 나타내면서 칼로리는 약 0.2 kcal/g에 불과하다(Hwang & Lee 2018;Bolger et al. 2021). 알룰로스는 미국식품의약국의 안전성 인정제도에서 최상위 등급인 GRAS(generally recognized as safe)에 등재 되었으며, 비소화성 특성으로 인해 의무적으로 영양성분표에 표기해야 하는 첨가당 표시 대상 품목에서 제외되었다(Lee et al. 2020;Bolger et al. 2021). 또한 알룰로스는 식후 혈당 상승을 억제하는 항고혈당 기능과 지방 흡수를 저해하는 항고지혈증 기능 등의 생리적 효과를 나타낸다(Hwang & Lee 2018;Kim et al. 2019). 이러한 알룰로스는 다양한 식품 가공 과정에서 설탕을 대체할 수 있는 감미료로 활용 가능하며, 특히 설탕 함량이 높은 베이커리류에 적용할 경우 저당 제품 개발에 효과적일 것으로 기대된다. 일반적인 케이 크 제품은 100 g당 약 25-30 g의 당류를 함유하고 있으며, 쌀가루를 이용한 케이크 역시 유사한 수준의 당류가 첨가되는 경우가 많다(MFDS 2024). 따라서 알룰로스는 낮은 칼로리, 혈당 조절 효과, 그리고 설탕과 유사한 단맛을 제공하는 이점으로 인해 베이커리류의 건강 지향적 개선에 효과적으로 활용될 수 있다. 최근까지 알룰로스를 이용한 베이커리류 연구는 쿠키(Young et al. 2016;Woodbury & Mauer 2024), 머핀(Hwang & Lee 2018), 파운드 케이크(Lee et al. 2020), 컵케이크(Bolger et al. 2021) 등이 이루어진 바 있다.

    쌀은 밀가루 입자 크기와 비슷하게 제분이 가능하고 소화율이 높아 밀가루가 주재료인 베이커리류의 대체재로 활용 할 수 있다. Kim et al. (2021b)의 연구에서 옐로 레이어 케이크 제조 시 밀가루 대신 쌀가루를 45% 대체하는 것이 바람직하다고 보고한 바 있으며, 이에 본 연구에서는 쌀 레이어 케이크 제조시 설탕을 대체할 감미료로서 알룰로스의 이용 가능성을 알아보고자 하였다. 쌀 레이어 케이크 제조 시 설탕 100%인 대조군과 설탕에 대한 알룰로스의 비율을 25, 50, 75 및 100%로 다르게 한 실험군들을 제조한 후 반죽 및 완성된 케이크의 이화학 및 감각 특성 평가를 실시하였다. 이의 결과를 통해 알룰로스가 쌀 레이어 케이크의 품질 특성에 미치는 영향을 살펴보고, 알룰로스를 이용한 베이커리 제품 연구에 대한 기초자료로 제공하고자 하였다.

    II. 연구 내용 및 방법

    1. 실험재료 및 쌀가루 제조

    쌀 레이어 케이크(이하 케이크로 표현) 제조에 사용된 밀가루 박력분(Daehan Flour Co., Incheon, Korea), 백설탕 (CJ Cheiljedang Corp., Incheon, Korea), 알룰로스(CJ Cheiljedang Corp., Incheon, Korea), 탈지분유(Maeil Dairies Co., Ltd., Pyeongtaek, Korea), 쇼트닝(Lotte Foods Co., Ltd., Cheonan, Korea), 유화제(Lotte Foods Co., Ltd., Cheonan, Korea), 소금(CJ Cheiljedang Corp., Busan, Korea), 베이킹파우더(Shinkwang Food Corp., Kimhae, Korea)는 온라인 쇼핑몰을 통해 일괄적으로 구매하였다. 멥쌀(Sindongjin, Gunsan, Korea), 달걀(Cheongjeong Agricultural Corp., Jeonju, Korea), 생수(Sparkle Inc., Cheonan, Korea)는 지역 소재 대형마트에서 구매하여 사용하였다. 쌀가루는 Kim(2010)의 방법을 참고하여 습식제분하였다. 멥쌀은 2차례 수세한 후 상온에서 8시간 수침하였고 1시간 동안 체에 밭쳐 물기를 제거하였다. 물기를 제거한 쌀은 분쇄하여 (KM18, Kyungchang Precision Co., Seoul, Korea) 100 mesh 표준체에 내린 후 PE 재질의 백에 담아 밀봉하여 -18 °C 냉동고(TRS25MHBFR, Samsung, Suwon, Korea)에 보관하며 케이크 제조에 사용하였다.

    2. 케이크의 제조

    케이크는 Kim (2018)의 문헌을 참고하여 예비실험을 통해 제조방법을 결정하였다. 쌀가루의 비율은 Kim et al. (2021b)의 연구를 참고하여 밀가루 대신 45% 대체하는 것으로 결정하였다. 알룰로스는 설탕 중량 대비 0, 25, 50, 75 및 100%로 대체하였으며, 재료 및 분량은 <Table 1>과 같다. 설탕으로만 제조한 케이크를 대조군(Control)으로 하였고 설탕 중량 대비 알룰로스를 25, 50, 75, 그리고 100% 대체한 실험군들을 각 ALL-25, ALL-50, ALL-75, 그리고 ALL-100이라 하였다. 밀가루, 쌀가루, 베이킹파우더, 탈지분유는 100 mesh 표준체에 내린 후 혼합하여 사용하였다. 재료는 반죽기(5K5SSA, Whirlpool Co., Benton harbor, MI, USA)에 4단계로 나누어 넣어가며 반죽하였다. 1단계에서는 speed 2로 쇼트닝을 2분간 섞어 무르게 하였다. 그 뒤 소금, 설탕, 알룰로스, 유화제를 넣어 10분간 반죽하였으며, 5분 간격으로 반죽기 내부 벽을 고무 주걱으로 긁어내려 모든 재료가 골고루 섞이도록 하였다. 2단계에서는 분량의 달걀을 2분 간격으로 나누어 넣으면서 speed 4로 6분간 반죽하여 크림이 형성되도록 하였으며, 크림 형성된 후 고무 주걱으로 반죽기 내부 벽에 붙어있는 반죽을 긁어내렸다. 3단계에서는 생수 150 g을 넣고 speed 4로 5분간 혼합하였다. 4단계에서는 체에 친 밀가루, 쌀가루, 베이킹파우더, 탈지분유 및 생수 66 g을 넣고 speed 2로 2분간 혼합하여 반죽을 완성하였다. 케이크용 원형팬(ø21 cm)에 유산지를 깐 후 완성된 반죽을 500 g씩 계량하여 넣었으며, 180°C로 예열된 오븐(MA324DBN, LG Electronics Inc., Seoul, Korea)에서 15 분, 160°C에서 15분간 구워 케이크를 완성하였다. 완성된 케이크는 베이킹 식힘망 위에 올려 상온에서 2시간 방랭한 후 실험에 사용하였다.

    3. 반죽의 pH, 당도 및 비중

    케이크 반죽의 pH와 당도는 An (2014)의 방법을 참고하였다. 케이크 반죽을 5 g씩 취하여 증류수 45mL를 넣고 교반기(MSH-20D, DAIHAN Scientific Co., Ltd., Wonju, Korea)를 이용하여 140 rpm으로 5분간 교반하였다. 교반한 용액은 2,000 rpm으로 20분간 원심분리(MF-80, Hanil Scientific Inc., Incheon, Korea)하여 얻은 상등액을 실험에 사용하였다. pH는 pH meter (pH-20N, Istek Inc., Seoul, Korea), 당도는 당도계(PAL-1, Atago Co., Ltd., Tokyo, Japan)로 상온에서 측정하였다. 케이크 반죽의 비중은 AACC method 10-15 (AACC, 2018a)에 따라 측정하였다. 먼저 빈 컵의 무게를 측정하고 컵에 물을 가득 채운 후 다시 무게를 측정하였다. 마찬가지로 빈 컵의 무게를 측정하고 컵에 반죽을 가득 채우고 바닥에 쳐 공기를 뺀 뒤 스패츌러로 윗면을 일정하게 깎은 후 무게를 측정하였다. 반죽의 비중은 다음의 식에 대입하여 계산하였다(Eqn. 1).

    비중 = 반죽이 담긴 컵의 무게–빈 컵의 무게 물이 담긴 컵의 무게–빈 컵의 무게
    (1)

    4. 수분함량, 굽기 손실률 및 부피지수

    케이크의 수분함량은 식품공전(MFDS 2019b)의 상압가열 건조법에 준하여 측정하였다. 항량한 칭량접시에 각 시료를 2 g씩 담아 105°C에서 건조시킨 후 다음 식에 대입하여 수분 함량을 계산하였다(Eqn. 2).

    수분함량 % = b − c b − a × 100
    (2)

    • a: 칭량접시의 질량(g)

    • b: 칭량접시와 검체의 질량(g)

    • c: 건조 후 항량이 되었을 때의 질량(g)

    굽기 손실률은 Park et al. (2008)의 방법을 참고하여 측정하였다. 오븐에 넣기 전 팬에 담은 반죽의 무게와 오븐에서 구운 후 실온에서 2시간 동안 방랭한 케이크의 무게를 측정하여 다음의 식에 대입하여 계산하였다(Eqn. 3).

    굽기 손실률 % = 반죽 중량 - 제품 중량 반죽 중량 × 100
    (3)

    케이크의 부피지수는 AACC method 10-91 (AACC 2018b)에 따라 측정하였다. 케이크 중심부를 수직으로 절단한 후 절단면의 양 끝을 A와 E, 중심을 C로 표시하였다. 그리고 A와 C의 중심에 B를, C와 E의 중심에 D를 표시하고 B, C, D의 높이를 측정하여 그 합을 계산하였다.

    5. 색도 및 갈변지수

    케이크의 외부 상층부와 내부 중심부의 색도는 색차계 (Ci6X, X-Rite I nc., G rand Rapid s, M I, U SA)를 사용하여 명도(lightness, L), 적색도(redness, a), 황색도(yellowness, b)값을 측정하였다. 표준 색판은 L=94.45, a=0.01, b=2.14인 백판을 사용하였다. 케이크의 총 색차(ΔE)는 다음의 공식으로 산출하였다(Eqn. 4). ΔL, Δa, Δb 값은 실험군의 L, a, b 값과 대조군 평균의 L, a, b의 차이 값으로 계산하였다(Cho et al. 2013).

    Δ E = ΔL 2 + Δa 2 + Δb 2
    (4)

    갈변 지수(Browning Index, BI)는 다음의 공식으로 계산되었다(Eqn. 5). 여기서 a 0 * 는 케이크를 굽기 전의 각 반죽에 대한 초기 색상 측정값이고, L t * ,   a t * 및 b t * 는 완성된 케이크의 외부 상층부 및 내부 중심부의 색상 측정값이다(Bal et al. 2011;Ateş & Unal, 2023).

    BI = 100 x − 0.31 0.17 x = a t * + 1.75 L t * 5.645 L t * + a 0 * − 3.012 L t *
    (5)

    6. 조직감

    조직감 측정은 Kim et al. (2021b)의 방법에 따라 측정하였다. 완성된 케이크를 가로, 세로, 높이 각 3 cm 크기로 잘라 준비한 후, 조직감 측정기(CT-3 4500, Brookfield AMETEK Inc., Middleboro, MA, USA)로 경도, 부착성, 응집성, 탄력성, 검성 및 씹힘성을 측정하였다. 측정조건은 test type: TPA, target: 10.0 mm, hold time: 0 s, trigger load: 50.0 g, test speed: 1.00 mm/s, pretest speed: 1 mm/s, return speed: 1 mm/s, recovery time: 0 s, probe: TA11/ 1000, fixture: TA-RT-KI, load cell: 4,500 g이었다.

    7. 감각 특성 평가

    케이크의 감각 특성 평가를 위해 기호도 검사와 강도 평가를 실시하였으며 국립군산대학교 생명윤리위원회의 승인을 받은 후(1040117-201808-HR-022-02) IRB 절차에 따라 진행하였다. 케이크의 기호도 검사는 20대 이상의 성인 남녀 100명을 대상으로 실시하였다. 시료의 제시는 Kim et al. (2014)을 참고하였다. 완성된 케이크를 가로, 세로, 높이 각 3 cm로 잘라 세 자리 난수가 적힌 흰 접시에 두 조각씩 담고 뚜껑을 덮어 제공하였다. 시료를 제시하기 전 평가자들에게 생수(Sparkle Inc.)와 입안을 헹구는 컵을 제공하였으며, 한 시료의 평가가 끝날 때마다 입안을 헹구고 휴식을 취한 다음에 다른 시료를 하도록 하였다. 평가된 특성은 색의 기호도, 단 냄새 기호도, 단맛 기호도, 짠맛 기호도, 고소한 맛 기호도, 촉촉한 감 기호도, 부드러운 감 기호도, 그리고 전반적인 기호도였으며 9점 기호척도(hedonic scale)를 이용하여 평가 특성의 기호도에 따라 표시하도록 하였다(1=대단히 싫다, 5=싫지도 좋지도 않다, 9=대단히 좋다).

    케이크의 감각 특성의 강도 평가는 평가할 때 발생할 수 있는 기호에 대한 편견 예방을 위해 기호도 검사를 실시한 후에 20대 이상의 성인 남녀 111명을 대상으로 평가하였다. 시료의 준비 및 제시는 기호도 검사와 동일하게 하였다(Kim et al. 2014). 강도 특성은 선행연구(Lee 2004)와 예비실험을 통하여 결정하였으며 색의 어두운 정도, 단 냄새, 단맛, 짠맛, 고소한 맛, 촉촉한 감, 그리고 부드러운 감을 평가하였다. 각 점수에 대한 설명용어(1=대단히 약하다, 5=약하지도 강하지도 않다, 9=대단히 강하다)가 표기된 9점 항목 척도에 평가 특성의 강도에 따라 표시하도록 하였다.

    8. 통계분석

    케이크의 감각 특성 평가를 제외한 모든 실험은 3회 이상 반복하여 실험하였다. 각 실험에 대한 결과는 SPSS Statistics (ver. 20, IBM Corp, Armonk, NY, USA)를 이용하여 평균±표준편차로 나타내었다. 알룰로스의 혼합 비율에 따른 유의 차이를 검증하기 위해 분산분석을 실시하였고, 시료별 평균값에 대한 유의성은 Duncan’s multiple range test를 실시하여 분석하였다. 케이크의 전반적인 기호도와 다른 감각 특성 간의 Pearson 상관분석을 실시하였다.

    III. 결과 및 고찰

    1. 케이크 반죽의 pH, 당도 및 비중

    케이크 반죽의 pH, 당도 및 비중 측정 결과는 <Table 2> 와 같다. pH는 설탕 대신 알룰로스를 대체한 실험군들이 대조군보다 유의적으로 낮은 것으로 나타내었다(p<0.001). 원 재료인 설탕의 pH는 5.65, 알룰로스는 pH 5.40으로 알룰로스가 설탕에 비해 낮은 것으로 나타내었다(자료 미제시). 본 연구에서는 설탕과 알룰로스의 혼합 비율 이외의 다른 조건은 모두 동일하였기 때문에 이러한 반죽의 pH 차이는 설탕과 알룰로스의 pH에서 기인하는 것으로 생각되었다. 일반적인 옐로 레이어 케이크의 적정 pH 수준은 7.20-7.60이며 (Kim et al. 2021b), 본 연구에서는 ALL-25와 ALL-50 실 험군들이 각 pH 7.28과 7.50으로 적정 pH 수준의 값을 보였다. 당도는 3.00-3.17 °Brix의 범위를 나타내었으며 실험군들과 대조군 사이에 유의적인 차이를 보이지 않았다. 비중은 설탕에 대한 알룰로스의 대체 비율이 증가할수록 유의적으로 높아지는 결과를 보였다(p<0.001). 비중은 케이크의 부피에 영향을 주는데, 반죽의 비중이 크면 케이크를 굽는 과정에서 기공 생성량이 줄어 케이크의 부피가 감소하게 된다. 반죽의 비중은 달걀의 기포 형성 정도에 따라 달라지며 달걀 단백질의 표면장력이 작을수록 안정된 기포가 형성된다. 달걀 단백질의 표면장력은 첨가되는 부재료에 영향을 받으며, 부재료의 용해도가 높을 경우 달걀 단백질의 망상구조 형성을 방해하여 기포가 덜 포집되면서 비중이 높아진다 (Chung & Lee 2010;Lee et al. 2012;Lim 2012). Chung & Lee (2010)는 용해성이 높은 maltitol 대체 반죽이 sorbitol 대체 반죽에 비해 비중이 높았다고 보고한 바 있다. Pocan et al. (2019)은 알룰로스의 용해도는 25°C에서 74 wt%로 설탕(67.4 wt%)보다 높다고 보고하였다. 이에 본 연구에서는 설탕보다 높은 용해도를 가진 알룰로스의 영향으로 이와 같은 결과를 나타내었을 것으로 생각된다. 더하여, 쌀 전분 내 아밀로스와 아밀로펙틴은 다수의 수산기(-OH)를 노출하고 있어 수분과의 수소결합을 활발히 형성하며, 알룰로스 또한 분자 내 수산기를 통해 수소결합을 형성하기 용이한 특성을 가진다(Kwakye et al. 2024;Zhiguang et al. 2025). 이러한 특성으로 인해 알룰로스는 아밀로스 및 아밀로펙틴과 수소결합을 형성함으로써 전분이 자유수와 결합할 수 있는 부분을 제한할 수 있으며, 이로 인해 반죽의 점도가 증가하고 유동성이 감소할 수 있다. 이는 반죽 내 기포의 형성 및 유지 양상에 영향을 주어 결과적으로 반죽의 비중 변화에 관여할 수 있다(Jia et al. 2023;Woodbury & Mauer 2023). 본 연구에서는 알룰로스의 대체 비율이 증가함에 따라 반죽의 비중이 유의적으로 증가하였으며, 이는 알룰로스와 전분 간의 수소결합 기반 상호작용에 기인한 것으로 판단된다.

    2. 케이크의 수분함량, 굽기손실률 및 부피지수

    케이크의 수분함량, 굽기손실률 및 부피지수를 측정한 결과는 <Table 3>과 같다. 수분함량은 ALL-100 실험군이 32.88%로 대조군보다 유의적으로 낮은 것으로 나타내었다 (p<0.05). 굽기손실률은 ALL-25를 제외한 다른 실험군들이 10.86-11.10%로 대조군(9.69%)에 비해 유의적으로 높은 결과를 보였다(p<0.01). 부피지수는 설탕 대신 알룰로스를 대체한 비율이 높아짐에 따라 유의적으로 감소하는 결과를 보였다(p<0.001). <Figure 1>의 외관 사진에서도 설탕 대신 알룰로스를 50% 이상 대체한 실험군들이 대조군에 비해 케이크의 높이가 낮은 것을 육안으로도 확인할 수 있었다. Bolger et al. (2021)은 알룰로스가 설탕에 비해 수분 보유 능력이 낮다고 하였으며 이는 굽는 과정에서 증발되는 유리 수가 많을 수 있음을 의미한다. 또한 케이크는 굽는 과정에서 반죽 내 수분이 팽창하고 수증기압이 증가하면서 반죽에 형성되어 있는 기포로 수증기가 빠져나가 굽기손실이 발생하게 된다(Lee 2020;Kim et al. 2021b). 굽는 과정에서 수분 증발량이 많을수록 완성된 케이크의 수분함량은 감소하고 굽기손실률은 증가하며 부피는 작아지게 된다. 쌀가루는 글리아딘과 글루테닌을 함유하지 않아, 밀가루 반죽에서 관찰되는 글루텐 기반의 3차원 네트워크 구조가 형성되지 않는다. 글루텐 네트워크는 반죽 내 수분을 포획하고 유지하는 데 중요한 역할을 하며, 가열 중 수분 손실을 억제하고 반죽의 팽창 및 구조 안정성에 영향을 미친다. 그러나 쌀가루 반죽의 경우 이러한 구조적 결합체가 부족하기 때문에 굽는 과정에서 수분 증발이 더 쉽게 일어날 수 있다(De La Hera et al. 2014;Yoon et al. 2020;Burešová et al. 2023;Park & Kim 2023). 이처럼 쌀가루와 알룰로스의 특성이 복합적으로 작용하여 설탕에 대한 알룰로스의 비율이 높은 실험군에서 굽기손실률은 높고 수분함량과 부피지수는 낮은 결과를 보였을 것으로 사료된다.

    3. 색도

    케이크 외부 상층부(crust)와 내부 중심부(crumb)의 색도 측정 결과는 <Table 4>와 같다. 명도는 케이크의 crust와 crumb에서 모두 설탕 대신 알룰로스의 대체 비율이 높아질 수록 유의적으로 낮아지는 결과를 보였다(p<0.001). 적색도는 crust와 crumb에서 모두 설탕 대신 알룰로스의 대체 비율이 높은 실험군들이 대조군보다 유의적으로 높은 결과를 보였다(p<0.001). 황색도 또한 crust와 crumb에서 모두 설탕 대신 알룰로스의 대체 비율이 높은 실험군들이 대조군보다 유의적으로 높은 결과를 보였다(p<0.001). 케이크의 색은 당과 아미노산에 의한 마이야르 반응과 당의 가열에 의한 캐러멜화 반응으로 형성되며, 첨가되는 당이 환원당이면 마이야르 반응이 촉진되어 색이 더 짙어진다(Lee 2020;Kim et al. 2021c). 알룰로스는 환원당이기 때문에 마이야르 반응에 영향을 받아 명도는 낮고 적색도와 황색도는 높아졌을 것으로 생각되었다. 알룰로스를 첨가한 커스터드 푸딩 연구(Kim et al. 2021a)에서도 알룰로스 첨가에 따라 명도는 낮아지고 적색도는 증가하였고, 알룰로스 첨가 머핀 연구(Hwang & Lee 2018)에서도 알룰로스 함량이 증가할수록 명도는 감소하고 적색도와 황색도는 증가하여 본 연구와 비슷한 결과를 보였다. 케이크 crust의 색차지수(ΔE)는 7.02-20.72였고, crumb의 ΔE는 3.21-12.50이었다. ΔE 값이 3.0 이상이면 현저한 차이를 나타내고 12.0 이상이면 다른 계통의 색으로 결정되어 육안으로 색상의 차이를 뚜렷하게 구분할 수 있다 (Kim et al. 2014;Jia et al. 2024). 케이크의 crust와 crumb에서 모두 설탕에 대한 알룰로스 대체 비율이 높은 ALL-100 실험군이 다른 실험군들에 비해 대조군과 색차가 큰 결과를 보였다(p<0.001). 따라서 쌀 레이어 케이크 제조 시 알룰로스는 케이크의 색 변화에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. 갈변지수(BI)는 케이크를 굽기 전과 후의 색상 차이에 영향을 받으며 이는 마이야르 반응으로 인해 착색된 멜라노이딘 형성에 기인한다(Bal et al. 2011). Crust와 crumb에서 모두 설탕에 대한 알룰로스의 대체비율이 높아질수록 BI 지수가 유의적으로 높아지는 것을 확인할 수 있었다(p<0.001). Castro-López et al. (2023)은 가열 온도 및 시간, 마이야르 반응과 같은 다양한 변화로 인해 완성된 제품의 색은 초기의 색과 다를 수 있다고 하였다. 본 연구에서는 설탕에 대한 알룰로스 비율을 제외한 다른 베이킹 조건은 동일하였기 때문에 이러한 색 차이는 설탕과 알룰로스 비율에 기인하는 것으로 생각되었다. 과당은 포도당에 비해 마이야르 반응성이 높은 것으로 보고된다(Yang & Shin 1980). 설탕은 포도당과 과당이 글리코시드 결합으로 연결된 이당류이고 알룰로스는 과당의 에피머로 이와 유사한 반응 패턴을 가지고 있으므로 설탕에 비해 강한 갈변 반응을 보이는 것으로 보고된다(Lee et al. 2020). 따라서 갈변에 반응하는 알룰로스의 함량이 높아질수록 BI가 높아지는 결과를 보였을 것으로 판단된다.

    4. 조직감

    케이크의 조직감 측정 결과는 <Table 5>와 같다. 경도는 ALL-100 실험군이 397.50 g으로 유의적으로 높은 값을 나타내었다(p<0.001). 케이크의 경도는 부피와 관련이 있는데, 케이크의 부피가 작을수록 기공이 조밀해지기 때문에 경도는 높아진다(Hwang & Lee 2018;Kim et al. 2021b). 본 연 구에서도 <Table 3>에 제시된 부피지수가 가장 낮았던 ALL-100 실험군이 경도가 높은 결과를 보이며 선행 연구 결과를 뒷받침하였다. 또한 부착성, 응집성, 탄력성, 검성, 그리고 씹힘성에서도 ALL-100 실험군이 다른 실험군들보다 유의적으로 높은 결과를 보였다(p<0.001). Hwang & Lee (2018)는 알룰로스 첨가량이 많아짐에 따라 머핀의 경도, 탄력성, 응집성, 씹힘성이 증가한다고 하였고, Lee et al. (2020)도 알룰로스 첨가량이 많아질수록 파운드 케이크의 응집성, 탄력성, 씹힘성이 높아지는 결과를 보였다고 하며 본 연구와 유사한 결과를 보였다. Bolger et al. (2021)은 알룰로스를 첨가한 컵케이크가 설탕을 첨가한 컵케이크보다 경도가 강하고 견고성이 높다고 하였는데, 이는 설탕은 전분의 호화를 늦추는 반면 알룰로스는 전분 팽윤을 촉진하기 때문이라고 하였다. 또한 Kim et al. (2021a)은 알룰로스가 단백 질과 단백질 사이 또는 단백질과 당 사이의 가교 결합을 향상시켜 제품의 조직감을 증가시킨다고 하였다. 본 연구에서도 이와 같은 이유로 ALL-100 실험군의 모든 조직감 특성이 높은 결과를 보였을 것으로 생각되었다.

    5. 감각 특성 평가

    케이크의 기호도 검사 결과는 <Table 6>에 제시하였다. 색의 기호도는 설탕 대신 알룰로스로 대체한 실험군들이 대조군보다 낮게 평가되었다(p<0.05). 식품의 종류에 따라 소비자들이 기대하는 색이 있으며 이 범위를 벗어나면 거부되기도 한다(Kim & Kwon 2001). 설탕 대신 알룰로스를 대체한 실험군들은 대조군에 비해 명도는 낮고 적색도와 황색도는 높은 결과를 보였으며<Table 4>, 전반적으로 어두운 색을 띠는 것으로 나타내었다. 따라서 본 연구의 기호도 검사에 참여한 패널요원들이 기대했던 케이크의 색과는 차이가 있었기 때문에 기호도가 낮게 평가된 것으로 판단된다. 단 냄새 기호도는 ALL-25 실험군과 대조군이 각 5.95와 6.01로 알룰로스의 함량이 높은 실험군들에 비해 유의적으로 높은 것으로 평가되었다(p<0.01). 단맛의 기호도는 ALL-25 실험군이 6.11로 대조군과 차이를 보이지 않으며 다른 실험군들보다 유의적으로 높게 평가되었다(p<0.01). 고소한 맛에 대한 기호도는 ALL-25 실험군과 대조군이 각 5.92와 6.00으로 다른 실험군들에 비해 유의적으로 높은 것으로 평가되었다 (p<0.01). 촉촉한 감에 대한 기호도는 ALL-25 실험군이 6.33으로 대조군과 차이를 보이지 않으며 다른 실험군들보다 유의적으로 높게 평가되었다(p<0.001). 부드러운 감에 대한 기호도는 ALL-25 실험군이 6.46으로 다른 실험군보다 유의적으로 높게 평가되었다(p<0.001). 전반적인 기호도는 ALL- 25와 ALL-50 실험군들이 대조군과 차이를 보이지 않으며 다른 실험군들보다 유의적으로 높게 평가되었다(p<0.001). 이상의 결과, ALL-25 실험군은 단 냄새/맛, 고소한 맛, 촉촉한 감, 부드러운 감, 전반적인 기호 특성에서 대조군과 비슷하거나 높게 평가되어 쌀 레이어 케이크 제조 시 설탕을 대신 할 감미료로서 알룰로스의 활용 가능성을 확인하였다. Lee et al. (2020)의 연구에서도 알룰로스를 설탕 대비 25% 대체 하였을 때 파운드 케이크의 향미와 단맛, 전반적인 기호도가 대조군과 함께 높은 점수로 평가되었다고 보고한 바 있다.

    케이크의 감각 특성에 대한 강도 평가 결과는 <Table 7> 에 제시하였다. 색의 강도는 ALL-75와 ALL-100 실험군들 이 각 6.75와 6.77로 다른 실험군들에 비해 유의적으로 높게 평가되었다(p<0.001). 설탕 대비 알룰로스의 대체 수준이 높아질수록 색의 강도가 강한 것으로 평가되었다. 이는 앞서 색차계로 측정한 색도 결과에서 대조군에 비해 알룰로스 대체 비율이 증가할수록 명도는 낮아지고 적색도와 황색도가 높게 측정된 것과 유사한 결과를 보였다<Table 4>. 단 냄새는 설탕 대신 알룰로스를 50% 이상 대체한 실험군들이 대조군에 비해 유의적으로 강한 것으로 평가되었으나(p<0.05) 단맛의 강도는 유의적인 차이가 없는 것으로 평가되었다. 짠 맛은 ALL-25와 ALL-50 실험군들이 유의적으로 약하게 평가되었다(p<0.05). 부드러운 감은 ALL-25 실험군이 6.26으 로 다른 실험군들에 비해 유의적으로 강한 것으로 평가되었다(p<0.05). 이 특성은 수분함량과 관련되어 있으며 수분함량이 높은 케이크는 낮은 케이크에 비해 부드러운 감을 갖는다(Kim & Shin 2009). 앞서 <Table 3>에 제시한 수분함량 측정 결과에서도 ALL-25 실험군이 수분함량이 높은 결과를 보였으며, 본 연구의 쌀 레이어 케이크 역시 제품의 수분함량에 영향을 받아 선행연구와 비슷한 결과를 보였을 것으로 판단된다.

    케이크의 전반적인 기호도에 영향을 미치는 감각 특성을 알아보기 위하여 Pearson 상관관계를 분석한 결과는 <Table 8>에 나타내었다. 전반적인 기호도는 강도 특성 중 부드러운 감(r=0.949, p<0.05)과 양의 상관관계를 나타내었다. 기호도 특성 중에는 단 냄새(r=0.951, p<0.05)와 고소한 맛(r=0.930, p<0.05)과는 양의 상관관계를 보였고, 단맛(r=0.968, p<0.01)과 부드러운 감(r=0.972, p<0.01)과는 높은 양의 상관관계를 나타내었다.

    IV. 요약 및 결론

    본 연구에서는 설탕 대신 알룰로스를 0, 25, 50, 75, 그리고 100%로 대체하여 쌀 레이어 케이크를 제조한 후 이화학적 특성과 감각 평가를 실시하였다. 이를 통해 알룰로스가 쌀 레이어 케이크의 이화학 및 감각적 품질 특성에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 설탕 대신 알룰로스를 대체한 케이크 반죽의 pH는 대조군에 비해 유의적으로 낮은 결과를 보였고, 비중은 높은 결과를 보였다(p<0.001). 케이크의 수분 함량은 ALL-100 실험군이 32.88%로 대조군에 비해 유의적으로 낮은 결과를 보였다(p<0.05). 설탕 대신 알룰로스의 대체 비율이 증가할수록 케이크의 굽기손실율은 높아지고 (p<0.01) 부피지수는 낮아지는 것으로 나타내었다(p<0.001). 색도 측정 결과, 설탕 대신 알룰로스의 대체 비율이 높아질수록 명도는 낮아지고 적색도와 황색도는 높아지는 결과를 보였다(p<0.001). 조직감 측정 결과, ALL-100 실험군은 경도, 부착성, 응집성, 탄력성, 검성, 그리고 씹힘성이 다른 실험군들에 비해 유의적으로 높은 결과를 보였다(p<0.001). 감각 특성의 강도 평가 결과, 설탕 대신 알룰로스의 대체비율이 높은 실험군들이 색, 단 냄새, 짠맛이 강한 것으로 평가 되었다. 부드러운 감은 ALL-25 실험군이 다른 실험군에 비해 강한 것으로 평가되었다(p<0.05). 기호도 검사 결과, ALL-25 실험군은 단 냄새/맛, 고소한 맛, 촉촉한 감, 부드러운 감, 전반적인 기호 특성에서 대조군과 비슷하거나 높게 평가되어 쌀 레이어 케이크 제조 시 설탕을 대신할 감미료로서 알룰로스의 활용 가능성을 확인하였다. 또한 쌀 레이어 케이크 제조 시 설탕 대신 알룰로스를 25% 대체하는 것이 소비자 기호도를 높이는데 효과적인 것으로 판단되었다. 그러나 본 연구에서는 알룰로스가 케이크의 물리화학 및 감각 특성에 미치는 영향을 주로 살펴보았으며 실제로 당류 저감에 대한 영향을 나타내지 못한 한계점이 있다. 향후 당 함량 이 얼마나 저감되었는지 등을 파악하기 위해 당류 정량 분석 및 혈당 반응 실험 등의 후속 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.

    저자정보

    전재은(농촌진흥청 국립식량과학원 발효가공식품과, 박사 후연구원, 0000-0001-7511-705X)

    김지영(군산시어린이·사회복지급식관리지원센터, 팀장, 0000- 0001-9088-5954)

    이인선(국립군산대학교 식품영양학과, 교수, 0000-0002- 6876-8644)

    Conflict of Interest

    No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

    Figure

    KJFC-40-4-129_F1.jpg
    Appearance of rice layer cakes with different allulose ratios.

    1)Refer to the <Table 1>.

    Table

    Compositional ingredients for rice layer cake with different allulose ratios
    1)Group: Control, rice layer cake made with white sugar; ALL-25: rice layer cake with 25% allulose substitution for white sugar; ALL-50: rice layer cake with 50% allulose substitution for white sugar; ALL-75: rice layer cake with 75% allulose substitution for white sugar; ALL-100: rice layer cake with 100% allulose substitution for white sugar.
    pH, sugar content, and specific gravity of batters with different allulose ratios
    Data are presented as mean±SD.
    Means with different letters in the same column are significantly different (p<0.05) among the groups by Duncan’s multiple range test.
    1) Refer to the <Table 1>.
    ***p<0.001
    Moisture content, baking loss rate, and volume index of rice layer cakes with different allulose ratios
    Data are presented as mean±SD.
    Means with different letters in the same column are significantly different (p<0.05) among the groups by Duncan’s multiple range test.
    1) Refer to the <Table 1>.
    *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001
    Colorimetric characteristics and browning index of rice layer cakes with different allulose ratios
    Data are presented as mean±SD.
    Means with different letters in the same column are significantly different (p<0.05) among the groups by Duncan’s multiple range test.
    1)L, Lightness (100=pure white, 0=black); a, redness (+100=red, -80=green); b, yellowness (+70=yellow, -70=blue); ΔE : ΔL2+Δa2+Δb2.
    2)Refer to the <Table 1>.
    ***p<0.001.
    Texture characteristics of rice layer cakes with different allulose ratios
    Data are presented as mean±SD.
    Means with different letters in the same row are significantly different (p<0.05) among the groups by Duncan’s multiple range test.
    1)Refer to the <Table 1>.
    ***p<0.001
    Acceptance scores of rice layer cakes with different allulose ratios
    Data are presented as mean±SD.
    Means with different letters in the same row are significantly different (p<0.05) among the groups by Duncan’s multiple range test.
    1)Refer to the <Table 1>.
    2)1=dislike extremely, 9=like extremely.
    **p<0.01, ***p<0.001
    Sensory intensity scores of rice layer cakes with different allulose ratios
    Data are presented as mean±SD.
    Means with different letters in the same row are significantly different (p<0.05) among the groups by Duncan’s multiple range test.
    1)Refer to the <Table 1>.
    2) 1=extremely weak, 9=extremely strong.
    *p<0.05, ***p<0.001
    Pearson’s correlation coefficients between overall acceptability and sensory attributes of rice layer cakes with different allulose ratios
    1)COL: color; SWA: sweet aroma; SWF: sweet taste; SAL: salty taste; SAV: savory flavor; MOI: moistness; SOF: softness; OVA: overall acceptability.
    *p<0.05, **p<0.01.

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