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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(10): 1084-1090

Published online October 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.10.1084

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Effects of Brewer's Spent Yeast Content on the Physicochemical Properties of Extruded High-Moisture Meat Analog

Yung-Hee Jeon , Bon-Jae Gu , and Gi-Hyung Ryu

Department of Food Science and Technology, Food and Feed Extrusion Research Center, Kongju National University

Correspondence to:Gi-Hyung Ryu, Department of Food Science and Technology, Kongju National University, 54, Daehak-ro, Yesan-eup, Yesan-gun, Chungnam 32439, Korea, E-mail: ghryu@kongju.ac.kr

Received: June 16, 2022; Revised: July 13, 2022; Accepted: July 14, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

The objective of this study was to determine the effects of brewer’s spent yeast (BSY) content on the physicochemical properties of extruded high-moisture meat analogs. Isolated soy protein (50%), wheat gluten (40%), and cornstarch (10%) were used as a base formulation to which BSY (0% to 50%) was added. The extrusion conditions were 60% moisture content, 160°C barrel temperature, and 150 rpm screw speed. The meat analog with 50% BSY was not adequately texturized. The water holding capacity, texture profile, integrity index, nitrogen solubility index, protein digestibility, DPPH radical scavenging activity, and total phenolic content were analyzed. The springiness, cohesiveness, and protein digestibility decreased with the increase in BSY content from 0% to 40%. The chewiness and integrity index increased from 0% to 10% BSY but decreased when the BSY content was higher than 20%. The nitrogen solubility index, DPPH radical scavenging activity, and total phenolic content increased with an increase in the BSY content. In conclusion, in this study, it was observed that the addition of 10% BSY was optimum for texturization.

Keywords: brewer’s spent yeast, high-moisture extrusion, meat analog, texturization, antioxidant

식량농업기구(FAO)는 2030년에 산업화된 국가에서 육류 소비량이 1인당 연간 100 kg으로 증가할 것이라고 보고했으며(Bruinsma, 2017), Tilman과 Clark(2014)는 이러한 육류 소비량의 증가로 인해 가축이 배출하는 온실가스가 기후에 심각한 영향을 끼친다고 보고했다. 이에 따라 식물성 단백질을 이용하여 육류와 비슷한 형태와 맛이 나도록 제조한 식물성 대체육에 관한 관심이 증가하고 있다(Bonny 등, 2015).

압출성형은 식물성 단백질을 고온 및 고전단력으로 재구성하여 물리적으로 조직화하는 공정이며(Song 등, 1994), 여러 단위조작이 단시간에 일어나기 때문에 다른 열처리 가공 공정과 비교했을 때 효율적이고 경제적이다. 또한 수분함량, 스크루 회전속도, 배럴 온도 등에 따라 제품의 특성이 바뀔 수 있어 다양한 특성의 대체육이 생산 가능하다는 장점이 있다(Meuser와 Wiedmann, 1989). 압출성형은 수분함량에 따라 저수분 압출성형과 고수분 압출성형으로 구분된다. 저수분 압출성형과 비교하여 수분함량을 50% 이상으로 하는 고수분 압출성형은 냉각 다이(cooling die)를 사용하여 섬유상 구조가 형성되기 때문에 외형과 식감이 조리된 육류와 비슷한 대체육 제조가 가능하다(Samard 등, 2019).

효모는 정미성분을 다량 함유하고 있어 식품산업에서 풍미 소재로 사용되고 있으며(Lee, 1980) 맥주 제조에도 사용된다. 양조 산업에서의 효모는 흔한 부산물이며 대부분 폐기된다. 그러나 맥주 부산물 효모는 단백질, 비타민 및 미네랄이 풍부할 뿐만 아니라 폴리페놀, β-글루칸과 같은 화합물을 함유하고 있어 항산화성이 뛰어나다(Jaeger 등, 2020). 또한 Worrasinchai 등(2006)은 마요네즈를 제조하는데 지방 대체재로 맥주 부산물 효모의 β-글루칸을 이용할 경우 유화 안정제로서 역할을 한다고 보고했다. 이처럼 맥주 부산물 효모는 식품의 질감 및 유변학적 특성을 변경하는 데 유용한 대체 단백질 식품이며, 식물성 대체육 제조에 맥주 부산물 효모를 첨가하면 조직화와 풍미에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.

현재 대체육과 육류를 혼합한 hybrid meat ball을 제조하는데 효모의 첨가가 관능적 특성에 미치는 영향에 대한 연구(Grasso 등, 2019) 및 효모 첨가량이 압출성형을 통해 제조된 저수분 대체육에 미치는 특성에 관한 연구(Jeon 등, 2022)가 수행되었으나, 맥주 부산물 효모 첨가량이 고수분 대체육에 미치는 영향에 관한 연구는 진행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 맥주 부산물 효모의 함량을 달리한 고수분 압출성형 대체육의 이화학적 특성 및 항산화성에 관한 연구를 진행하였다.

재료

본 실험에서 사용된 원료는 분리대두단백(Pingdingshan TianJing Plant Albumnen Co., Ltd., Henan, China), 밀 글루텐(Roquette Freres, Lestrem, France), 옥수수 전분(Samyang Co., Ulsan, Korea), 맥주 부산물 효모(Korea yeast Co., Mungyeong, Korea)이다. 분리대두단백, 밀 글루텐, 맥주 부산물 효모의 조단백질 함량은 ninhydrin 방법(Starcher, 2001)을 응용하여 측정하였으며 각각 80.9%, 72.8%, 47.3%였다.

압출성형공정

본 실험에 사용된 압출성형기는 동방향 쌍축 압출성형기(THK31T-No.5, Incheon Machinery Co., Incheon, Korea)로 길이와 직경의 비(L/D ratio)는 23:1, 스크루의 직경은 3 cm이며 사용한 압출성형기의 냉각 다이와 스크루 구조는 Fig. 1과 같다. 맥주 부산물 효모 함량에 따른 고수분 압출성형 대체육의 원료는 Table 1에 나타내었다.

Table 1 . Formulation of extruded high-moisture meat analog with different brewer’s spent yeast content (unit: %)

BSY1)Isolated soy proteinGlutenCorn starch
0504010
1045369
2040328
3035287
4030246
5025205

1)BSY: brewer’s spent yeast.



Fig. 1. Cooling die and screw configuration used in high-moisture extrusion process.


압출성형 공정변수는 수분함량 60%, 배럴 온도 160°C, 스크루 회전속도 150 rpm으로 하였으며 배럴 온도는 전열기와 냉각수를 사용하여 조절하였다. 고수분 압출성형으로 제조된 대체육은 밀봉하여 4°C의 냉장고(FR-S690FXB, Klasse Auto Co., Ltd., Seoul, Korea)에서 보관하였다. 대체육은 가로 1 cm, 세로 1 cm 크기로 절단하여 물리적 특성을 측정하였으며, 화학적 특성은 -60°C에서 72시간 동안 동결건조하여 가정용 분쇄기(FM-909T, Hanil, Seoul, Korea)를 이용해 분쇄하고 50~70 mesh 사이의 분말을 이용하여 측정하였다.

보수력

보수력(water holding capacity)은 대체육과 분말로 나누어 측정하였다. 대체육의 보수력(MA-WHC)은 Gu와 Ryu(2017)의 방법을 응용하여 측정하였다. 대체육 약 5 g(dry basis)을 증류수 100 mL에 넣어 50°C의 water bath에서 16시간 동안 수화한 후 15분간 물을 제거하여 무게를 측정하였다. 대체육 분말의 보수력(GMA-WHC)은 AACC(1983)의 방법을 응용하여 측정하였다. 분말 0.2 g을 증류수 30 mL에 넣어 유리 막대로 저어준 후 3,000 rpm에서 20분간 원심분리하였다. 상등액은 105°C에서 6시간 동안 건조하고 무게를 측정하였으며 대체육과 분말의 보수력은 식(1)에 따라 계산하였다.

Waterholdingcapacity%=Wetsamplewt.Drysamplewt.Drysamplewt.×100

조직감

조직감은 대체육을 Rheometer(Compac-100Ⅱ, Sun Sci. Co., Tokyo, Japan)를 사용해 측정하였다. Probe(직경 2.5 cm)를 이용해 최대 응력 10 kg에서 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 씹힘성(chewiness)을 8회 반복 측정하였다. 절단 강도(cutting strength)는 cutting probe(7.5 mm×38.3 mm)를 이용해 최대 응력 2 kg에서 8회 반복 측정하였다. 이후 Trinh과 Glasgow(2012)가 제시한 식(2), 식(3), 식(4)를 통해 조직감을, 식(5)를 통해 절단 강도를 계산 후 평균값을 산출하였다.

Springiness%=D2D1×100D1:DistanceoffirstoccurredmaximumstressD2:Distanceofsecondoccurredmaximumstress

Cohesiveness%=A2A1×100A1:AreaoffirstoccurredmaximumstressA2:Areaofsecondoccurredmaximumstress

Chewinessg=Springiness100×Cohesiveness100×Maximumstress

Cuttingstrengthg/cm2=MaximumstressCrosssectionalarea

조직잔사지수

조직의 형성 정도를 평가하기 위해 Gu와 Ryu(2017)의 방법을 응용하여 조직잔사지수(integrity index)를 측정하였다. 약 5 g(dry basis)의 대체육을 증류수 100 mL에 넣은 후 121°C에서 15분간 가압, 가열하였다. 이후 흐르는 물에 시료를 냉각시키고 homogenizer(IKA-T10B, IKA Co., Seoul, Korea)를 사용해 17,450 rpm에서 1분간 균질화하고 20 mesh의 체로 걸러내었다. 잔사는 흐르는 물에 30초간 씻어낸 뒤 105°C에서 12시간 건조하였다. 결괏값은 식(6)에 따라 계산하였다.

Integrityindex%=Dryresiduewt.Samplewt.×100

수용성 질소지수

수용성 질소지수(nitrogen solubility index)는 Daun과 Kisilowsky(1999)의 방법을 응용하여 측정하였다. 0.5% KOH 용액 5 mL에 분말 0.1 g을 넣고 shaker(SI-300R, Jelotech, Gangneung, Korea)를 사용해 200 rpm으로 교반한 후 3,000 rpm에서 30분 동안 원심분리하였다. 0.05 mL의 상등액을 취하고 ninhydrin 방법(Starcher, 2001)을 이용해 수용성 질소함량을 측정하였다.

총 질소함량은 6 N의 염산에 분말 0.1 g을 100°C에서 24시간 동안 완전히 가수분해하여 5 mL의 증류수에 녹인 후 원심분리하였다. 원심분리 후 상등액 0.05 mL를 취하여 ninhydrin 방법으로 측정하였으며 수용성 질소지수는 식(7)에 대입하여 산출하였다.

NSI%=SolublenitrogencontentTotalnitrogencontent×100

단백질 소화율

단백질 소화율(protein digestibility)은 Mertz 등(1984)의 방법을 응용하여 측정하였다. 총 단백질 함량은 분말 0.1 g을 취하여 ninhydrin 방법(Starcher, 2001)을 응용하여 측정하였다. 소화되지 않은 단백질 함량은 0.084 N의 염산을 가한 pepsin 용액에 분말 0.1 g을 넣고 37°C에서 3,000 rpm으로 교반 후 2 M의 NaOH 용액 1 mL를 가하여 3,000 rpm으로 원심분리하였다. 상등액은 제거하고 잔사에 0.1 M의 potassium phosphate buffer를 넣어 원심분리하는 작업을 두 번 반복하였으며 남은 잔사는 30°C에서 48시간 건조하였다. 잔사의 질소함량은 ninhydrin 방법으로 측정하였으며 단백질 소화율은 식(8)에 대입하여 산출하였다.

Proteindisgestibility%=TotalproteincontentUndigestedproteincontentTotalproteincontent×100

DPPH 라디칼 소거능

대체육의 DPPH 라디칼 소거능은 Brand-Williams 등(1995)의 방법을 응용하여 측정하였다. 분말 0.5 g을 80%의 에탄올 0.5 mL에 넣고 2시간 동안 교반하여 추출한 후 3,000 rpm으로 30분 동안 원심분리하였다. 이후 메탄올에 녹인 DPPH 시약 3.9 mL를 상등액 0.1 mL에 가하고 암실에서 30분 동안 반응시켜 515 nm 파장에서 흡광도를 측정한 후 DPPH 라디칼 소거능을 식(9)에 대입하여 산출하였다.

DPPHradicalscavengingactivity%=A0AA×100A0:AbsorbanceoftheblankA:Absorbanceofthesample

총 페놀 함량

총 페놀 함량(total phenolic content)은 Slinkard와 Singleton(1977)의 방법을 응용하여 측정하였다. 분말 1 g에 80%의 에탄올 10 mL를 가해 shaker(SI-300R, Jelotech, Gangneung, Korea)에서 200 rpm으로 2시간 동안 교반 후 3,000 rpm에서 30분 동안 원심분리하였다. 상등액 0.2 mL를 취하여 10%(v/v)의 Folin-Ciocalteu 시약 1 mL와 혼합하고 5분간 반응하였다. 이후 반응액에 Na2CO3 1.5 mL 용액(60 g/L)을 첨가하고 암실에서 2시간 동안 반응하였다. 샘플의 흡광도는 765 nm 파장에서 측정하였으며 gallic acid를 표준물질로 사용하였다.

통계처리

결과의 통계처리는 SPSS(version 27.0, IBM-SPSS, Thornwood, NY, USA)를 사용하여 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시한 후 유의적 차이가 있는 항목에 대해 P<0.05 수준에서 그 결과를 Duncan's multiple range test로 검정하였으며, Pearson 상관관계(r)를 분석하였다.

섬유상 구조 및 보수력

고수분 대체육의 섬유상 구조는 Fig. 2에 나타내었으며 기공을 가진 저수분 대체육과는 달리 고수분 대체육에서 기공은 관찰되지 않았다. 이는 고수분 압출성형 과정에서 냉각 다이가 팽화를 억제하는 역할을 하기 때문에 조밀하고 층이 있는 섬유상 구조를 형성한다는 Samard 등(2019)의 연구 결과와 일치했다. 섬유상 구조는 맥주 부산물 효모(BSY) 함량 10%까지 증가하였지만 20%부터 감소하였고 층상 구조가 관찰되었다. BSY 함량 50%에서는 대체육의 조직이 형성되지 않아 분리되는 현상이 나타났다.

Fig. 2. Fibrous structure of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content. BSY: brewer’s spent yeast content.

고수분 대체육의 보수력은 Table 2에 나타냈다. 고수분 MA-WHC는 BSY 함량에 따라 감소하였으며 10%부터 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 이는 BSY가 단백질의 겔 네트워크를 감소시켜 모세관이 감소해 보수력이 감소한 것으로 판단된다. 또한 대체육의 보수력과 탄력성(r=0.502, P<0.05) 및 응집성(r=0.588, P<0.01)은 양의 상관관계가 나타났으며, 이는 Gu와 Ryu(2019)의 연구 결과와 일치하였다. 한편, BSY 함량에 따른 고수분 대체육의 보수력은 저수분 대체육에 비해 낮은 값을 나타냈다(Jeon 등, 2022). 이는 냉각 다이의 사용으로 팽화가 억제되었기 때문에 고수분 대체육의 보수력이 낮은 것으로 판단된다. GMA-WHC는 BSY가 첨가됨에 따라 감소하였으며 10%부터 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 이는 BSY 내의 섬유질과 분리대두단백 및 글루텐 간의 OH기가 수소결합을 하여 물과 결합 가능한 친수성의 OH기가 적어져 보수력이 감소한 것으로 판단된다.

Table 2 . Water holding capacity of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content

BSY content (%)MA-WHC (%)GMA-WHC (%)
0222.04±1.5a1)869.27±8.3a
10216.70±1.3b688.70±52.7b
20215.32±0.6b708.67±31.4b
30215.84±0.4b713.68±25.9b
40215.29±1.4b720.05±20.4b

1)Different letters within the same column (a,b) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

BSY: brewer’s sepnt yeast, MA-WHC: water holding capacity of meat analogs, GMA-WHC: water holding capacity of ground meat analogs.



조직감

고수분 대체육의 조직감 및 절단 강도는 Table 3에 나타내었다. 탄력성과 응집성은 BSY 함량이 증가할수록 감소하였으며 효모 함량이 증가할수록 탄력성과 응집성이 감소한다는 저수분 대체육의 연구 결과와 일치하였다(Jeon 등, 2022). 이는 효모 함량이 증가함에 따라 대체육의 단백질 함량이 감소하여 탄력성과 응집성이 감소한 것으로 판단되며 대체육 원료의 단백질 함량과 탄력성은 양의 상관관계가 있다는 연구 결과와 일치하였다(Zhang 등, 2022). 씹힘성은 BSY 함량 30%까지 증가 후 40%부터 감소한 저수분 대체육과는 달리(Jeon 등, 2022), 10%까지 증가하였으며 20%부터 감소하였다. 이는 10%까지의 효모 첨가가 식물성 단백질의 조직화 과정에서 중요한 역할을 하는 겔 네트워크를 향상시켰지만, 20%부터는 BSY 내의 β-글루칸과 같은 식이섬유가 단백질의 겔 네트워크를 감소시켰기 때문이라고 판단된다(Zhang 등, 2019).

Table 3 . Texture profile analysis and cutting strength of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content

BSY content (%)Springiness (%)Cohesiveness (%)Chewiness (g)Cutting strength (g/cm2)
Transversal directionLongitudinal direction
091.68±1.3a1)77.69±2.3a3,571.53±288.0b966.0±43.0a800.9±52.5a
1091.13±0.6a73.74±2.2b4,430.11±352.9a1,006.9±67.7a771.1±63.4a
2083.66±1.9b64.54±4.3c2,623.61±536.7c707.0±56.2b487.1±29.8b
3080.13±2.4c57.61±3.2d1,878.51±330.0d549.4±24.6c411.6±41.1c
4062.06±3.0d48.40±2.2e499.09±53.7e366.9±23.1d274.2±15.1d

1)Different letters within the same column (a-e) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05).



횡축 및 종축 절단 강도는 BSY 함량 10%까지는 유의적인 차이가 나타나지 않았지만 20%부터 감소하였다. 이는 Fig. 2와 같이 20%부터 섬유상 구조가 감소하여 대체육의 경도가 감소하였기 때문이라고 판단된다.

조직잔사지수 및 수용성 질소지수

대체육의 조직화 정도를 나타내는 조직잔사지수와 수용성 질소지수를 Table 4에 나타내었다. 저수분 대체육의 조직잔사지수는 BSY 함량 30%까지 증가 후 40%부터 감소하였지만(Jeon 등, 2022), 고수분 대체육은 10%까지 증가 후 20%부터 감소하였다. 이는 10%까지 BSY의 폴리페놀 화합물이 조직화를 촉진했기 때문이라고 판단되며(Cho와 Ryu, 2020), 20%부터는 BSY 함량에 따른 과도한 섬유질의 증가가 압출성형 과정 중 단백질 분자 간의 상호작용을 방해하였기 때문이라고 판단된다(Kim, 2005). 조직잔사지수와 종축 절단 강도(r=0.798, P<0.01) 및 횡축 절단 강도(r=0.763, P<0.01)는 양의 상관관계가 나타났으며 종축 절단 강도와 횡축 절단 강도(r=0.988, P<0.01) 또한 양의 상관관계가 나타났다(Table 5). 이는 조직화 정도가 높은 대체육일수록 강한 절단력이 필요하기 때문이며, 고압 처리 및 균질화 후에 더 높은 조직잔사지수 값이 나타난다는 연구 결과와 일치하였다(Samard 등, 2019).

Table 4 . Integrity index and nitrogen solubility index of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content

BSY content (%)Integrity index (%)NSI2) (%)
078.86±1.9ab1)8.45±0.6e
1083.53±1.6a16.24±1.0d
2078.42±0.2ab22.89±0.9c
3076.74±2.1b33.52±6.3b
4065.77±5.9c41.74±3.7a

1)Different letters within the same column (a-e) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

2)NSI: nitrogen solubility index.



Table 5 . Coefficients of correlation among water holding capacity, springiness, cohesiveness, chewiness, transversal cutting strength, longitudinal cutting strength, integrity index, and nitrogen solubility index

MA-WHCSpringinessCohesivenessChewinessT-CSL-CSIntegrity indexNSI
MA-WHC1
Springiness.502*1
Cohesiveness.588**.951**1
Chewiness.445*.930**.951**1
T-CS.529**.909**.965**.981**1
L-CS.607**.889**.957**.947**.988**1
Integrity index0.252.879**.817**.834**.798**.763**1
NSI−.663**−.875**−.926**−.912**−.908**−.889**−.668**1

*Signigicant at P<0.05, **signigicant at P<0.01.

MA-WHC: water holding capacity of meat analog, T-CS: transversal cutting strength, L-CS: longitudinal cutting strength, NSI: nitrogen solubility index.



BSY 함량이 증가함에 따라 수용성 질소지수는 증가하였으며, 이는 압출성형 과정 중 전단력으로 인해 BSY의 세포벽이 파괴되면서 용출된 단백질이 유리 상태로 존재하여 수용성 질소지수가 증가한 것으로 판단된다(Jeon 등, 2022). 수용성 질소지수와 조직잔사지수(r=-0.668, P<0.01)는 음의 상관관계가 나타났으며, 단백질의 조직화가 증가할수록 수용성 질소지수가 감소한다는 연구 결과와 일치하였다(Gu와 Ryu, 2019).

단백질 소화율 및 항산화성

고수분 대체육의 단백질 소화율은 Fig. 3에 나타내었으며 분리대두단백(ISP)과 BSY의 단백질 소화율은 각각 98.20±0.1%와 73.86±1.6%였다. BSY 함량이 증가할수록 단백질 소화율은 감소하였는데, 이는 BSY 함량이 증가하면서 ISP의 함량이 감소함에 따라 나타난 결과라고 판단된다.

Fig. 3. Protein digestibility of raw materials and extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content. Values with different letters (a-e) in the same line indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test. ISP: isolated soy protein, BSY: brewer’s spent yeast, BSY0: 0% brewer’s spent yeast content, BSY10: 10% brewer’s spent yeast content, BSY20: 20% brewer’s spent yeast content, BSY30: 30% brewer’s spent yeast content, BSY40: 40% brewer’s spent yeast content.

압출성형 대체육의 DPPH 라디칼 소거능 및 총 페놀 함량은 Table 6에 나타내었으며 BSY 함량이 증가함에 따라 DPPH 라디칼 소거능과 총 페놀 함량은 증가하였다. 이는 BSY에 폴리페놀이 다량 함유되어 있고(León-González 등, 2018) 효모 내의 β-글루칸이 항산화 특성을 나타내어 효모 함량에 따라 항산화성이 증가한 것으로 판단된다(Salvador 등, 2008).

Table 6 . DPPH radical scavenging and total phenolic content of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content

BSY content (%)DPPH radical scavenging (%)Total phenolic content (mg GAE/g)
07.03±1.5e1)16.16±1.1d
1010.73±1.0d17.56±0.6d
2013.42±1.3c20.61±0.6c
3017.15±0.7b22.41±1.0b
4020.68±2.1a25.74±1.0a

1)Different letters within the same column (a-e) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05).


본 연구에서는 맥주 부산물 효모 함량에 따른 압출성형 고수분 대체육의 이화학적 특성에 관한 연구를 진행하였다. 분리대두단백 50%, 밀 글루텐 40%, 옥수수 전분 10%를 기본 배합으로 하였으며 맥주 부산물 효모는 기본 배합에 0, 10, 20, 30, 40, 50%의 비율로 첨가하였다. 압출성형 공정변수는 수분함량 60%, 배럴 온도 160°C, 스크루 회전속도 150 rpm, 원료 사입량 100 g/min으로 고정하였다. 맥주 부산물 효모 함량 10%에서 섬유상 구조가 가장 잘 나타났으며 20%부터는 섬유상 구조가 감소하였다. 보수력, 탄력성 및 응집성은 맥주 부산물 효모 함량이 증가할수록 감소하였지만, 씹힘성과 조직잔사지수는 10%까지 증가하였고 20%부터 감소하였다. 수용성 질소지수와 DPPH 라디칼 소거능 및 총 페놀 함량은 맥주 부산물 효모 함량이 증가할수록 증가한 반면, 단백질 소화율은 맥주 부산물 효모 함량에 따라 감소하였다. 따라서 고수분 압출성형으로 식물성 대체육 제조 시 맥주 부산물 효모의 10% 첨가는 섬유상 구조와 조직감을 향상시킬 뿐만 아니라 항산화성도 증가시켜 맥주 부산물 효모는 대체육의 원료로 활용 가능하다고 판단된다.

본 연구는 농촌진흥청의 재원으로 고부가가치식품기술개발사업의 지원을 받아 연구되었다(G24016188012021).

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(10): 1084-1090

Published online October 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.10.1084

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

맥주 부산물 효모 함량에 따른 압출성형 고수분 대체육의 이화학적 특성

전융희․구본재․류기형

공주대학교 식품공학과, 식품 및 사료 압출성형 센터

Received: June 16, 2022; Revised: July 13, 2022; Accepted: July 14, 2022

Effects of Brewer's Spent Yeast Content on the Physicochemical Properties of Extruded High-Moisture Meat Analog

Yung-Hee Jeon , Bon-Jae Gu , and Gi-Hyung Ryu

Department of Food Science and Technology, Food and Feed Extrusion Research Center, Kongju National University

Correspondence to:Gi-Hyung Ryu, Department of Food Science and Technology, Kongju National University, 54, Daehak-ro, Yesan-eup, Yesan-gun, Chungnam 32439, Korea, E-mail: ghryu@kongju.ac.kr

Received: June 16, 2022; Revised: July 13, 2022; Accepted: July 14, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

The objective of this study was to determine the effects of brewer’s spent yeast (BSY) content on the physicochemical properties of extruded high-moisture meat analogs. Isolated soy protein (50%), wheat gluten (40%), and cornstarch (10%) were used as a base formulation to which BSY (0% to 50%) was added. The extrusion conditions were 60% moisture content, 160°C barrel temperature, and 150 rpm screw speed. The meat analog with 50% BSY was not adequately texturized. The water holding capacity, texture profile, integrity index, nitrogen solubility index, protein digestibility, DPPH radical scavenging activity, and total phenolic content were analyzed. The springiness, cohesiveness, and protein digestibility decreased with the increase in BSY content from 0% to 40%. The chewiness and integrity index increased from 0% to 10% BSY but decreased when the BSY content was higher than 20%. The nitrogen solubility index, DPPH radical scavenging activity, and total phenolic content increased with an increase in the BSY content. In conclusion, in this study, it was observed that the addition of 10% BSY was optimum for texturization.

Keywords: brewer’s spent yeast, high-moisture extrusion, meat analog, texturization, antioxidant

서 론

식량농업기구(FAO)는 2030년에 산업화된 국가에서 육류 소비량이 1인당 연간 100 kg으로 증가할 것이라고 보고했으며(Bruinsma, 2017), Tilman과 Clark(2014)는 이러한 육류 소비량의 증가로 인해 가축이 배출하는 온실가스가 기후에 심각한 영향을 끼친다고 보고했다. 이에 따라 식물성 단백질을 이용하여 육류와 비슷한 형태와 맛이 나도록 제조한 식물성 대체육에 관한 관심이 증가하고 있다(Bonny 등, 2015).

압출성형은 식물성 단백질을 고온 및 고전단력으로 재구성하여 물리적으로 조직화하는 공정이며(Song 등, 1994), 여러 단위조작이 단시간에 일어나기 때문에 다른 열처리 가공 공정과 비교했을 때 효율적이고 경제적이다. 또한 수분함량, 스크루 회전속도, 배럴 온도 등에 따라 제품의 특성이 바뀔 수 있어 다양한 특성의 대체육이 생산 가능하다는 장점이 있다(Meuser와 Wiedmann, 1989). 압출성형은 수분함량에 따라 저수분 압출성형과 고수분 압출성형으로 구분된다. 저수분 압출성형과 비교하여 수분함량을 50% 이상으로 하는 고수분 압출성형은 냉각 다이(cooling die)를 사용하여 섬유상 구조가 형성되기 때문에 외형과 식감이 조리된 육류와 비슷한 대체육 제조가 가능하다(Samard 등, 2019).

효모는 정미성분을 다량 함유하고 있어 식품산업에서 풍미 소재로 사용되고 있으며(Lee, 1980) 맥주 제조에도 사용된다. 양조 산업에서의 효모는 흔한 부산물이며 대부분 폐기된다. 그러나 맥주 부산물 효모는 단백질, 비타민 및 미네랄이 풍부할 뿐만 아니라 폴리페놀, β-글루칸과 같은 화합물을 함유하고 있어 항산화성이 뛰어나다(Jaeger 등, 2020). 또한 Worrasinchai 등(2006)은 마요네즈를 제조하는데 지방 대체재로 맥주 부산물 효모의 β-글루칸을 이용할 경우 유화 안정제로서 역할을 한다고 보고했다. 이처럼 맥주 부산물 효모는 식품의 질감 및 유변학적 특성을 변경하는 데 유용한 대체 단백질 식품이며, 식물성 대체육 제조에 맥주 부산물 효모를 첨가하면 조직화와 풍미에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.

현재 대체육과 육류를 혼합한 hybrid meat ball을 제조하는데 효모의 첨가가 관능적 특성에 미치는 영향에 대한 연구(Grasso 등, 2019) 및 효모 첨가량이 압출성형을 통해 제조된 저수분 대체육에 미치는 특성에 관한 연구(Jeon 등, 2022)가 수행되었으나, 맥주 부산물 효모 첨가량이 고수분 대체육에 미치는 영향에 관한 연구는 진행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 맥주 부산물 효모의 함량을 달리한 고수분 압출성형 대체육의 이화학적 특성 및 항산화성에 관한 연구를 진행하였다.

재료 및 방법

재료

본 실험에서 사용된 원료는 분리대두단백(Pingdingshan TianJing Plant Albumnen Co., Ltd., Henan, China), 밀 글루텐(Roquette Freres, Lestrem, France), 옥수수 전분(Samyang Co., Ulsan, Korea), 맥주 부산물 효모(Korea yeast Co., Mungyeong, Korea)이다. 분리대두단백, 밀 글루텐, 맥주 부산물 효모의 조단백질 함량은 ninhydrin 방법(Starcher, 2001)을 응용하여 측정하였으며 각각 80.9%, 72.8%, 47.3%였다.

압출성형공정

본 실험에 사용된 압출성형기는 동방향 쌍축 압출성형기(THK31T-No.5, Incheon Machinery Co., Incheon, Korea)로 길이와 직경의 비(L/D ratio)는 23:1, 스크루의 직경은 3 cm이며 사용한 압출성형기의 냉각 다이와 스크루 구조는 Fig. 1과 같다. 맥주 부산물 효모 함량에 따른 고수분 압출성형 대체육의 원료는 Table 1에 나타내었다.

Table 1 . Formulation of extruded high-moisture meat analog with different brewer’s spent yeast content (unit: %).

BSY1)Isolated soy proteinGlutenCorn starch
0504010
1045369
2040328
3035287
4030246
5025205

1)BSY: brewer’s spent yeast..



Fig 1. Cooling die and screw configuration used in high-moisture extrusion process.


압출성형 공정변수는 수분함량 60%, 배럴 온도 160°C, 스크루 회전속도 150 rpm으로 하였으며 배럴 온도는 전열기와 냉각수를 사용하여 조절하였다. 고수분 압출성형으로 제조된 대체육은 밀봉하여 4°C의 냉장고(FR-S690FXB, Klasse Auto Co., Ltd., Seoul, Korea)에서 보관하였다. 대체육은 가로 1 cm, 세로 1 cm 크기로 절단하여 물리적 특성을 측정하였으며, 화학적 특성은 -60°C에서 72시간 동안 동결건조하여 가정용 분쇄기(FM-909T, Hanil, Seoul, Korea)를 이용해 분쇄하고 50~70 mesh 사이의 분말을 이용하여 측정하였다.

보수력

보수력(water holding capacity)은 대체육과 분말로 나누어 측정하였다. 대체육의 보수력(MA-WHC)은 Gu와 Ryu(2017)의 방법을 응용하여 측정하였다. 대체육 약 5 g(dry basis)을 증류수 100 mL에 넣어 50°C의 water bath에서 16시간 동안 수화한 후 15분간 물을 제거하여 무게를 측정하였다. 대체육 분말의 보수력(GMA-WHC)은 AACC(1983)의 방법을 응용하여 측정하였다. 분말 0.2 g을 증류수 30 mL에 넣어 유리 막대로 저어준 후 3,000 rpm에서 20분간 원심분리하였다. 상등액은 105°C에서 6시간 동안 건조하고 무게를 측정하였으며 대체육과 분말의 보수력은 식(1)에 따라 계산하였다.

Waterholdingcapacity%=Wetsamplewt.Drysamplewt.Drysamplewt.×100

조직감

조직감은 대체육을 Rheometer(Compac-100Ⅱ, Sun Sci. Co., Tokyo, Japan)를 사용해 측정하였다. Probe(직경 2.5 cm)를 이용해 최대 응력 10 kg에서 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 씹힘성(chewiness)을 8회 반복 측정하였다. 절단 강도(cutting strength)는 cutting probe(7.5 mm×38.3 mm)를 이용해 최대 응력 2 kg에서 8회 반복 측정하였다. 이후 Trinh과 Glasgow(2012)가 제시한 식(2), 식(3), 식(4)를 통해 조직감을, 식(5)를 통해 절단 강도를 계산 후 평균값을 산출하였다.

Springiness%=D2D1×100D1:DistanceoffirstoccurredmaximumstressD2:Distanceofsecondoccurredmaximumstress

Cohesiveness%=A2A1×100A1:AreaoffirstoccurredmaximumstressA2:Areaofsecondoccurredmaximumstress

Chewinessg=Springiness100×Cohesiveness100×Maximumstress

Cuttingstrengthg/cm2=MaximumstressCrosssectionalarea

조직잔사지수

조직의 형성 정도를 평가하기 위해 Gu와 Ryu(2017)의 방법을 응용하여 조직잔사지수(integrity index)를 측정하였다. 약 5 g(dry basis)의 대체육을 증류수 100 mL에 넣은 후 121°C에서 15분간 가압, 가열하였다. 이후 흐르는 물에 시료를 냉각시키고 homogenizer(IKA-T10B, IKA Co., Seoul, Korea)를 사용해 17,450 rpm에서 1분간 균질화하고 20 mesh의 체로 걸러내었다. 잔사는 흐르는 물에 30초간 씻어낸 뒤 105°C에서 12시간 건조하였다. 결괏값은 식(6)에 따라 계산하였다.

Integrityindex%=Dryresiduewt.Samplewt.×100

수용성 질소지수

수용성 질소지수(nitrogen solubility index)는 Daun과 Kisilowsky(1999)의 방법을 응용하여 측정하였다. 0.5% KOH 용액 5 mL에 분말 0.1 g을 넣고 shaker(SI-300R, Jelotech, Gangneung, Korea)를 사용해 200 rpm으로 교반한 후 3,000 rpm에서 30분 동안 원심분리하였다. 0.05 mL의 상등액을 취하고 ninhydrin 방법(Starcher, 2001)을 이용해 수용성 질소함량을 측정하였다.

총 질소함량은 6 N의 염산에 분말 0.1 g을 100°C에서 24시간 동안 완전히 가수분해하여 5 mL의 증류수에 녹인 후 원심분리하였다. 원심분리 후 상등액 0.05 mL를 취하여 ninhydrin 방법으로 측정하였으며 수용성 질소지수는 식(7)에 대입하여 산출하였다.

NSI%=SolublenitrogencontentTotalnitrogencontent×100

단백질 소화율

단백질 소화율(protein digestibility)은 Mertz 등(1984)의 방법을 응용하여 측정하였다. 총 단백질 함량은 분말 0.1 g을 취하여 ninhydrin 방법(Starcher, 2001)을 응용하여 측정하였다. 소화되지 않은 단백질 함량은 0.084 N의 염산을 가한 pepsin 용액에 분말 0.1 g을 넣고 37°C에서 3,000 rpm으로 교반 후 2 M의 NaOH 용액 1 mL를 가하여 3,000 rpm으로 원심분리하였다. 상등액은 제거하고 잔사에 0.1 M의 potassium phosphate buffer를 넣어 원심분리하는 작업을 두 번 반복하였으며 남은 잔사는 30°C에서 48시간 건조하였다. 잔사의 질소함량은 ninhydrin 방법으로 측정하였으며 단백질 소화율은 식(8)에 대입하여 산출하였다.

Proteindisgestibility%=TotalproteincontentUndigestedproteincontentTotalproteincontent×100

DPPH 라디칼 소거능

대체육의 DPPH 라디칼 소거능은 Brand-Williams 등(1995)의 방법을 응용하여 측정하였다. 분말 0.5 g을 80%의 에탄올 0.5 mL에 넣고 2시간 동안 교반하여 추출한 후 3,000 rpm으로 30분 동안 원심분리하였다. 이후 메탄올에 녹인 DPPH 시약 3.9 mL를 상등액 0.1 mL에 가하고 암실에서 30분 동안 반응시켜 515 nm 파장에서 흡광도를 측정한 후 DPPH 라디칼 소거능을 식(9)에 대입하여 산출하였다.

DPPHradicalscavengingactivity%=A0AA×100A0:AbsorbanceoftheblankA:Absorbanceofthesample

총 페놀 함량

총 페놀 함량(total phenolic content)은 Slinkard와 Singleton(1977)의 방법을 응용하여 측정하였다. 분말 1 g에 80%의 에탄올 10 mL를 가해 shaker(SI-300R, Jelotech, Gangneung, Korea)에서 200 rpm으로 2시간 동안 교반 후 3,000 rpm에서 30분 동안 원심분리하였다. 상등액 0.2 mL를 취하여 10%(v/v)의 Folin-Ciocalteu 시약 1 mL와 혼합하고 5분간 반응하였다. 이후 반응액에 Na2CO3 1.5 mL 용액(60 g/L)을 첨가하고 암실에서 2시간 동안 반응하였다. 샘플의 흡광도는 765 nm 파장에서 측정하였으며 gallic acid를 표준물질로 사용하였다.

통계처리

결과의 통계처리는 SPSS(version 27.0, IBM-SPSS, Thornwood, NY, USA)를 사용하여 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시한 후 유의적 차이가 있는 항목에 대해 P<0.05 수준에서 그 결과를 Duncan's multiple range test로 검정하였으며, Pearson 상관관계(r)를 분석하였다.

결과 및 고찰

섬유상 구조 및 보수력

고수분 대체육의 섬유상 구조는 Fig. 2에 나타내었으며 기공을 가진 저수분 대체육과는 달리 고수분 대체육에서 기공은 관찰되지 않았다. 이는 고수분 압출성형 과정에서 냉각 다이가 팽화를 억제하는 역할을 하기 때문에 조밀하고 층이 있는 섬유상 구조를 형성한다는 Samard 등(2019)의 연구 결과와 일치했다. 섬유상 구조는 맥주 부산물 효모(BSY) 함량 10%까지 증가하였지만 20%부터 감소하였고 층상 구조가 관찰되었다. BSY 함량 50%에서는 대체육의 조직이 형성되지 않아 분리되는 현상이 나타났다.

Fig 2. Fibrous structure of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content. BSY: brewer’s spent yeast content.

고수분 대체육의 보수력은 Table 2에 나타냈다. 고수분 MA-WHC는 BSY 함량에 따라 감소하였으며 10%부터 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 이는 BSY가 단백질의 겔 네트워크를 감소시켜 모세관이 감소해 보수력이 감소한 것으로 판단된다. 또한 대체육의 보수력과 탄력성(r=0.502, P<0.05) 및 응집성(r=0.588, P<0.01)은 양의 상관관계가 나타났으며, 이는 Gu와 Ryu(2019)의 연구 결과와 일치하였다. 한편, BSY 함량에 따른 고수분 대체육의 보수력은 저수분 대체육에 비해 낮은 값을 나타냈다(Jeon 등, 2022). 이는 냉각 다이의 사용으로 팽화가 억제되었기 때문에 고수분 대체육의 보수력이 낮은 것으로 판단된다. GMA-WHC는 BSY가 첨가됨에 따라 감소하였으며 10%부터 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 이는 BSY 내의 섬유질과 분리대두단백 및 글루텐 간의 OH기가 수소결합을 하여 물과 결합 가능한 친수성의 OH기가 적어져 보수력이 감소한 것으로 판단된다.

Table 2 . Water holding capacity of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content.

BSY content (%)MA-WHC (%)GMA-WHC (%)
0222.04±1.5a1)869.27±8.3a
10216.70±1.3b688.70±52.7b
20215.32±0.6b708.67±31.4b
30215.84±0.4b713.68±25.9b
40215.29±1.4b720.05±20.4b

1)Different letters within the same column (a,b) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..

BSY: brewer’s sepnt yeast, MA-WHC: water holding capacity of meat analogs, GMA-WHC: water holding capacity of ground meat analogs..



조직감

고수분 대체육의 조직감 및 절단 강도는 Table 3에 나타내었다. 탄력성과 응집성은 BSY 함량이 증가할수록 감소하였으며 효모 함량이 증가할수록 탄력성과 응집성이 감소한다는 저수분 대체육의 연구 결과와 일치하였다(Jeon 등, 2022). 이는 효모 함량이 증가함에 따라 대체육의 단백질 함량이 감소하여 탄력성과 응집성이 감소한 것으로 판단되며 대체육 원료의 단백질 함량과 탄력성은 양의 상관관계가 있다는 연구 결과와 일치하였다(Zhang 등, 2022). 씹힘성은 BSY 함량 30%까지 증가 후 40%부터 감소한 저수분 대체육과는 달리(Jeon 등, 2022), 10%까지 증가하였으며 20%부터 감소하였다. 이는 10%까지의 효모 첨가가 식물성 단백질의 조직화 과정에서 중요한 역할을 하는 겔 네트워크를 향상시켰지만, 20%부터는 BSY 내의 β-글루칸과 같은 식이섬유가 단백질의 겔 네트워크를 감소시켰기 때문이라고 판단된다(Zhang 등, 2019).

Table 3 . Texture profile analysis and cutting strength of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content.

BSY content (%)Springiness (%)Cohesiveness (%)Chewiness (g)Cutting strength (g/cm2)
Transversal directionLongitudinal direction
091.68±1.3a1)77.69±2.3a3,571.53±288.0b966.0±43.0a800.9±52.5a
1091.13±0.6a73.74±2.2b4,430.11±352.9a1,006.9±67.7a771.1±63.4a
2083.66±1.9b64.54±4.3c2,623.61±536.7c707.0±56.2b487.1±29.8b
3080.13±2.4c57.61±3.2d1,878.51±330.0d549.4±24.6c411.6±41.1c
4062.06±3.0d48.40±2.2e499.09±53.7e366.9±23.1d274.2±15.1d

1)Different letters within the same column (a-e) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..



횡축 및 종축 절단 강도는 BSY 함량 10%까지는 유의적인 차이가 나타나지 않았지만 20%부터 감소하였다. 이는 Fig. 2와 같이 20%부터 섬유상 구조가 감소하여 대체육의 경도가 감소하였기 때문이라고 판단된다.

조직잔사지수 및 수용성 질소지수

대체육의 조직화 정도를 나타내는 조직잔사지수와 수용성 질소지수를 Table 4에 나타내었다. 저수분 대체육의 조직잔사지수는 BSY 함량 30%까지 증가 후 40%부터 감소하였지만(Jeon 등, 2022), 고수분 대체육은 10%까지 증가 후 20%부터 감소하였다. 이는 10%까지 BSY의 폴리페놀 화합물이 조직화를 촉진했기 때문이라고 판단되며(Cho와 Ryu, 2020), 20%부터는 BSY 함량에 따른 과도한 섬유질의 증가가 압출성형 과정 중 단백질 분자 간의 상호작용을 방해하였기 때문이라고 판단된다(Kim, 2005). 조직잔사지수와 종축 절단 강도(r=0.798, P<0.01) 및 횡축 절단 강도(r=0.763, P<0.01)는 양의 상관관계가 나타났으며 종축 절단 강도와 횡축 절단 강도(r=0.988, P<0.01) 또한 양의 상관관계가 나타났다(Table 5). 이는 조직화 정도가 높은 대체육일수록 강한 절단력이 필요하기 때문이며, 고압 처리 및 균질화 후에 더 높은 조직잔사지수 값이 나타난다는 연구 결과와 일치하였다(Samard 등, 2019).

Table 4 . Integrity index and nitrogen solubility index of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content.

BSY content (%)Integrity index (%)NSI2) (%)
078.86±1.9ab1)8.45±0.6e
1083.53±1.6a16.24±1.0d
2078.42±0.2ab22.89±0.9c
3076.74±2.1b33.52±6.3b
4065.77±5.9c41.74±3.7a

1)Different letters within the same column (a-e) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..

2)NSI: nitrogen solubility index..



Table 5 . Coefficients of correlation among water holding capacity, springiness, cohesiveness, chewiness, transversal cutting strength, longitudinal cutting strength, integrity index, and nitrogen solubility index.

MA-WHCSpringinessCohesivenessChewinessT-CSL-CSIntegrity indexNSI
MA-WHC1
Springiness.502*1
Cohesiveness.588**.951**1
Chewiness.445*.930**.951**1
T-CS.529**.909**.965**.981**1
L-CS.607**.889**.957**.947**.988**1
Integrity index0.252.879**.817**.834**.798**.763**1
NSI−.663**−.875**−.926**−.912**−.908**−.889**−.668**1

*Signigicant at P<0.05, **signigicant at P<0.01..

MA-WHC: water holding capacity of meat analog, T-CS: transversal cutting strength, L-CS: longitudinal cutting strength, NSI: nitrogen solubility index..



BSY 함량이 증가함에 따라 수용성 질소지수는 증가하였으며, 이는 압출성형 과정 중 전단력으로 인해 BSY의 세포벽이 파괴되면서 용출된 단백질이 유리 상태로 존재하여 수용성 질소지수가 증가한 것으로 판단된다(Jeon 등, 2022). 수용성 질소지수와 조직잔사지수(r=-0.668, P<0.01)는 음의 상관관계가 나타났으며, 단백질의 조직화가 증가할수록 수용성 질소지수가 감소한다는 연구 결과와 일치하였다(Gu와 Ryu, 2019).

단백질 소화율 및 항산화성

고수분 대체육의 단백질 소화율은 Fig. 3에 나타내었으며 분리대두단백(ISP)과 BSY의 단백질 소화율은 각각 98.20±0.1%와 73.86±1.6%였다. BSY 함량이 증가할수록 단백질 소화율은 감소하였는데, 이는 BSY 함량이 증가하면서 ISP의 함량이 감소함에 따라 나타난 결과라고 판단된다.

Fig 3. Protein digestibility of raw materials and extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content. Values with different letters (a-e) in the same line indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test. ISP: isolated soy protein, BSY: brewer’s spent yeast, BSY0: 0% brewer’s spent yeast content, BSY10: 10% brewer’s spent yeast content, BSY20: 20% brewer’s spent yeast content, BSY30: 30% brewer’s spent yeast content, BSY40: 40% brewer’s spent yeast content.

압출성형 대체육의 DPPH 라디칼 소거능 및 총 페놀 함량은 Table 6에 나타내었으며 BSY 함량이 증가함에 따라 DPPH 라디칼 소거능과 총 페놀 함량은 증가하였다. 이는 BSY에 폴리페놀이 다량 함유되어 있고(León-González 등, 2018) 효모 내의 β-글루칸이 항산화 특성을 나타내어 효모 함량에 따라 항산화성이 증가한 것으로 판단된다(Salvador 등, 2008).

Table 6 . DPPH radical scavenging and total phenolic content of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content.

BSY content (%)DPPH radical scavenging (%)Total phenolic content (mg GAE/g)
07.03±1.5e1)16.16±1.1d
1010.73±1.0d17.56±0.6d
2013.42±1.3c20.61±0.6c
3017.15±0.7b22.41±1.0b
4020.68±2.1a25.74±1.0a

1)Different letters within the same column (a-e) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..


요 약

본 연구에서는 맥주 부산물 효모 함량에 따른 압출성형 고수분 대체육의 이화학적 특성에 관한 연구를 진행하였다. 분리대두단백 50%, 밀 글루텐 40%, 옥수수 전분 10%를 기본 배합으로 하였으며 맥주 부산물 효모는 기본 배합에 0, 10, 20, 30, 40, 50%의 비율로 첨가하였다. 압출성형 공정변수는 수분함량 60%, 배럴 온도 160°C, 스크루 회전속도 150 rpm, 원료 사입량 100 g/min으로 고정하였다. 맥주 부산물 효모 함량 10%에서 섬유상 구조가 가장 잘 나타났으며 20%부터는 섬유상 구조가 감소하였다. 보수력, 탄력성 및 응집성은 맥주 부산물 효모 함량이 증가할수록 감소하였지만, 씹힘성과 조직잔사지수는 10%까지 증가하였고 20%부터 감소하였다. 수용성 질소지수와 DPPH 라디칼 소거능 및 총 페놀 함량은 맥주 부산물 효모 함량이 증가할수록 증가한 반면, 단백질 소화율은 맥주 부산물 효모 함량에 따라 감소하였다. 따라서 고수분 압출성형으로 식물성 대체육 제조 시 맥주 부산물 효모의 10% 첨가는 섬유상 구조와 조직감을 향상시킬 뿐만 아니라 항산화성도 증가시켜 맥주 부산물 효모는 대체육의 원료로 활용 가능하다고 판단된다.

감사의 글

본 연구는 농촌진흥청의 재원으로 고부가가치식품기술개발사업의 지원을 받아 연구되었다(G24016188012021).

Fig 1.

Fig 1.Cooling die and screw configuration used in high-moisture extrusion process.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 1084-1090https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.10.1084

Fig 2.

Fig 2.Fibrous structure of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content. BSY: brewer’s spent yeast content.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 1084-1090https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.10.1084

Fig 3.

Fig 3.Protein digestibility of raw materials and extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content. Values with different letters (a-e) in the same line indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test. ISP: isolated soy protein, BSY: brewer’s spent yeast, BSY0: 0% brewer’s spent yeast content, BSY10: 10% brewer’s spent yeast content, BSY20: 20% brewer’s spent yeast content, BSY30: 30% brewer’s spent yeast content, BSY40: 40% brewer’s spent yeast content.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 1084-1090https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.10.1084

Table 1 . Formulation of extruded high-moisture meat analog with different brewer’s spent yeast content (unit: %).

BSY1)Isolated soy proteinGlutenCorn starch
0504010
1045369
2040328
3035287
4030246
5025205

1)BSY: brewer’s spent yeast..


Table 2 . Water holding capacity of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content.

BSY content (%)MA-WHC (%)GMA-WHC (%)
0222.04±1.5a1)869.27±8.3a
10216.70±1.3b688.70±52.7b
20215.32±0.6b708.67±31.4b
30215.84±0.4b713.68±25.9b
40215.29±1.4b720.05±20.4b

1)Different letters within the same column (a,b) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..

BSY: brewer’s sepnt yeast, MA-WHC: water holding capacity of meat analogs, GMA-WHC: water holding capacity of ground meat analogs..


Table 3 . Texture profile analysis and cutting strength of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content.

BSY content (%)Springiness (%)Cohesiveness (%)Chewiness (g)Cutting strength (g/cm2)
Transversal directionLongitudinal direction
091.68±1.3a1)77.69±2.3a3,571.53±288.0b966.0±43.0a800.9±52.5a
1091.13±0.6a73.74±2.2b4,430.11±352.9a1,006.9±67.7a771.1±63.4a
2083.66±1.9b64.54±4.3c2,623.61±536.7c707.0±56.2b487.1±29.8b
3080.13±2.4c57.61±3.2d1,878.51±330.0d549.4±24.6c411.6±41.1c
4062.06±3.0d48.40±2.2e499.09±53.7e366.9±23.1d274.2±15.1d

1)Different letters within the same column (a-e) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..


Table 4 . Integrity index and nitrogen solubility index of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content.

BSY content (%)Integrity index (%)NSI2) (%)
078.86±1.9ab1)8.45±0.6e
1083.53±1.6a16.24±1.0d
2078.42±0.2ab22.89±0.9c
3076.74±2.1b33.52±6.3b
4065.77±5.9c41.74±3.7a

1)Different letters within the same column (a-e) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..

2)NSI: nitrogen solubility index..


Table 5 . Coefficients of correlation among water holding capacity, springiness, cohesiveness, chewiness, transversal cutting strength, longitudinal cutting strength, integrity index, and nitrogen solubility index.

MA-WHCSpringinessCohesivenessChewinessT-CSL-CSIntegrity indexNSI
MA-WHC1
Springiness.502*1
Cohesiveness.588**.951**1
Chewiness.445*.930**.951**1
T-CS.529**.909**.965**.981**1
L-CS.607**.889**.957**.947**.988**1
Integrity index0.252.879**.817**.834**.798**.763**1
NSI−.663**−.875**−.926**−.912**−.908**−.889**−.668**1

*Signigicant at P<0.05, **signigicant at P<0.01..

MA-WHC: water holding capacity of meat analog, T-CS: transversal cutting strength, L-CS: longitudinal cutting strength, NSI: nitrogen solubility index..


Table 6 . DPPH radical scavenging and total phenolic content of extruded high-moisture meat analogs with different brewer’s spent yeast content.

BSY content (%)DPPH radical scavenging (%)Total phenolic content (mg GAE/g)
07.03±1.5e1)16.16±1.1d
1010.73±1.0d17.56±0.6d
2013.42±1.3c20.61±0.6c
3017.15±0.7b22.41±1.0b
4020.68±2.1a25.74±1.0a

1)Different letters within the same column (a-e) indicate significant differences by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..


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