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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(12): 1364-1369

Published online December 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.12.1364

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Textural and Sensory Characteristics of Soy Meat with the Addition of Gryllus bimaculatus Powder Produced Using a 3D Food Printer

Woonseo Baik1 , Yoojin Jeong1 , Sung-Soo Park2 , Eui-Cheol Shin3 , and Youngseung Lee1

1Department of Food and Nutrition, Dankook University
2Department of Food Science and Nutrition, Jeju National University
3Department of Food Science/Institute for Food Sensory & Cognitive Science, Gyeongsang National University

Correspondence to:Youngseung Lee, Department of Food Science and Nutrition, Dankook University, 119, Dandae-ro, Dongnam-gu, Cheonan-si, Chungnam 31116, Korea, E-mail: youngslee@dankook.ac.kr
*These authors contributed equally to this work.

Received: August 22, 2022; Revised: September 11, 2022; Accepted: September 20, 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.

This study was conducted to examine the mechanical and sensory textural properties of soy meat containing Gryllus bimaculatus powder (0∼9%) produced using a 3D food printer. The mechanical properties and sensory characteristics of the samples were evaluated by a texture analyzer and ten trained panelists, respectively. Most of the mechanical textural properties of the soy meat samples decreased as the amount of powder added increased. The results of the descriptive analysis showed that the control (without powder) was higher than the samples with the powder when assessed for most characteristics’ intensity, while the sample with the addition of 6% of the powder showed the highest initial hardness and springiness. Of all the samples in this study, the one with the addition of 6% of the powder showed values most similar to that of the control with respect to mechanical and sensory textural properties, thus exhibiting the best printability for 3D printing. The results of this study imply that appropriate ingredients such as gums or gelling agents that enhance the textural properties of soy meat containing Gryllus bimaculatus powder produced using a 3D food printer should be utilized, and their use should be optimized.

Keywords: Gryllus bimaculatus, soy meat, 3D food printing, texture, descriptive analysis

미래 식품으로 가치가 높은 식용곤충 시장이 점차 확대됨에 따라 국내 식용곤충을 이용한 연구도 활발히 진행되고 있다(Kim 등, 2021b). 현재 국내에서 허용 가능한 식용곤충으로는 흰점박이꽃무지 유충, 갈색거저리 유충, 장수풍뎅이 유충, 누에, 백강잠, 메뚜기, 쌍별귀뚜라미, 아메리카왕거저리 유충, 수벌번데기, 2021년에 새롭게 인정된 풀무치까지 총 10종이다(Jang 등, 2022). 이러한 식용곤충은 소, 돼지 등의 가축동물과는 달리 사육에 요구되는 면적이 작아 공간 효율이 우수하고 섭취하는 사료의 양이 적다. 반면 단백질, 지방 및 미네랄 등이 풍부하게 들어있으며, 특히 쌍별귀뚜라미(Gryllus bimaculatus)의 경우 다른 식용곤충보다 단백질 함량이 월등히 높고 지방과 탄수화물은 적어 다양한 기능성 소재로서의 활용이 기대된다(Kim 등, 2020b). 그러나 Park과 Choi(2020)는 식용곤충이 인식에 비해 실제 이용까지 이어지는 저변 확산이 낮고 소비자들이 식용곤충의 형태가 보이지 않는 가공된 식품 형태를 더 선호한다는 연구 결과를 밝힌 바 있으며, 이를 토대로 중적외선 건조를 한 귀뚜라미를 분말 형태로 사용해 식용곤충의 형체가 보이지 않는 가공된 식품 형태로 만들어 제품의 선호도를 높이는 연구가 필요하다고 보고했다. 현재까지 식용곤충과 관련된 선행연구로는 식품 원료용 귀뚜라미 분말의 저장 중 품질특성 및 유통기한 설정(Kim 등, 2016), 전처리에 따른 쌍별귀뚜라미의 안전성 및 영양학적 평가(Lee와 Kim, 2019), 쌍별귀뚜라미 분말과 분말 단백질 추출물의 영양성분과 항산화 활성(Kim 등, 2020b), 열처리가 쌍별귀뚜라미의 영양성분에 미치는 영향(Dobermann 등, 2019), 갈색거저리를 첨가한 죽의 품질특성(Sung, 2022), 갈색거저리 유충, 흰점박이꽃무지 유충, 쌍별귀뚜라미 분말을 첨가한 쌀쿠키의 품질특성 및 항산화 활성(Jang 등, 2022) 등이 활발히 진행되고 있다.

3D(three-dimensional) printing은 고분자 원료를 바탕으로 복잡한 구조물을 단일과정을 통해 생산하기 위한 목적으로 개발되었으며, 한 층씩 쌓는 적층 제조를 통해 이뤄진다(Kim 등, 2017a). 식량문제가 점점 심각해지고 현대인의 식습관 개선이 필요해짐에 따라 현재 다수의 국가에서 3D food printing 기술 연구에 동참하고 있으며, 미래 식품 생산과 유통 구조를 바꿀 수 있는 신개념 기술로 손꼽히고 있다(Kim 등, 2020a). 3D food printing은 식품의 모양과 패턴, 식감을 자유롭게 설계할 수 있으며 원하는 맛을 가진 식품을 만들어낼 수 있다. 3D printing에서 food ink로 사용하려면 식재료를 가공 처리해야 하는데, 이 과정에서 기능성 재료를 넣거나 만들어진 제품에서 특정 물질을 제거할 수 있어 유당 불내증이나 글루텐 소화가 되지 않은 사람들에게 맞춤형 음식을 제공할 수 있다(Kim 등, 2018). 3D printing을 통해 식품을 제조하려면 3D printing 과정과 후가공 과정의 중요한 2단계를 거쳐야 한다(Derossi 등, 2021). 이 과정에서 많은 재료가 질감 결정 요인들(탄수화물, 단백질, 지방 등)의 부적절한 구성으로 3D food printing ink로 사용되지 못하게 된다(Kim 등, 2017b). 따라서 methyl cellulose나 transglutaminase(TGase)와 같은 친수콜로이드가 식재료들의 인쇄성을 높이기 위해 첨가되고 있다(Polamaplly 등, 2019; Dong 등, 2020). 3D printing 관련 선행연구로는 식품 3D printing 기술과 식품 산업적 활용(Kim 등, 2017a), 친수콜로이드가 3D food printing용 채소 잉크의 유변학적 특성과 인쇄성에 미치는 영향(Kim 등, 2018), 상업용 감자퓨레의 3D printing에 미치는 온도의 영향(Martínez-Monzó 등, 2019), 귀뚜라미와 완두콩 단백질 분말을 이용한 3D printing 식품의 인쇄성 및 정확성 평가(Scheele 등, 2021) 등 많은 연구가 수행되고 있다.

콩고기란 콩 단백질을 사용하여 육류의 맛과 식감을 비슷하게 재현한 식품으로 인간의 삶의 질이 높아지고 건강에 대한 인식이 증가하면서 대체육으로서 활용도가 높아지고 있다(Cho와 Ryu, 2017). 가축 사육에 의한 환경오염과 동물복지에 관한 관심이 증가하고 종교적인 이유 등으로 육식을 제한하는 사람들이 증가하면서 식물성 대체육에 대한 수요도 증가하고 있다. 또한, 육류보다 저렴한 대두 단백질은 대체육으로 제조되어 후진국의 영양실조 문제를 개선할 수 있다고 보고되었다(Cho와 Ryu, 2017). 이러한 콩고기를 활용한 식물성 대체육과 관련된 연구로는 콩고기의 관능적 특성 및 소비자 기호도 분석(Kim 등, 2017c), 버섯 첨가가 압출성형 대체육의 품질특성에 미치는 영향(Cho와 Ryu, 2020), 식물성 단백질을 이용한 육류 유사 식품에 대한 고찰(You 등, 2020) 등이 있다.

3D printing을 이용한 대체육 관련 연구는 서서히 증가하는 추세이나 식용곤충과 같은 동물성 분말을 첨가한 대체육 생산 및 그의 품질특성에 관한 연구는 여전히 매우 부족하다. 또한, 다양한 재료에 따른 food ink 특성에 관한 연구가 많이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 3D food printer를 통해 만든 콩고기의 쌍별귀뚜라미 분말 첨가량에 따른 조직감 및 감각 특성을 분석하고자 한다.

실험재료

본 실험에 사용된 쌍별귀뚜라미는 2021년 3월 Cricket Farm(Hwaseong, Korea)에서 구입하여 3일간 절식시켜 세척하고 중적외선 건조를 한 후 믹서기(HR2096, Philips, Amsterdam, Netherlands)로 분쇄하였다. 사용 전 60 mesh 체(203-250, Chunggye, Seoul, Korea)에 다시 걸러 100 g씩 소분하여 진공포장 후 서늘한 곳에 보관하며 사용하였다. CaCl2, KCl, 분리대두단백은 ES food(Gunpo, Korea)에서 구입하여 사용하였고, 감자전분은 Jeolgol Farm(Yangpyeong, Korea)에서, TGase는 콩단백 점탄성 향상에 가장 적합한 TG-B(Ajinomoto, Tokyo, Japan)를 선택하여 실험에 사용하였다. 모든 실험은 쌍별귀뚜라미 분말 구입 후 3개월 이내에 수행하였다.

쌍별귀뚜라미 분말의 일반성분 분석

쌍별귀뚜라미 분말의 일반성분 분석은 공인분석화학자협회(Association of Official Analytical Chemists, AOAC) 방법(Kim 등, 2020b)에 따라 진행하였다. 수분함량은 105°C 상압건조 가열법, 조단백질 함량은 semi-micro Kjeldahl법, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법, 그리고 조회분 함량은 건식회화법을 이용하여 분석하였다. 실험군당 3번씩 반복 측정하여 평균을 산출하였다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 제조

콩고기 반죽은 Table 1과 같은 비율을 기본으로 하여 제조하였다. 먼저 CaCl2, KCl, 감자전분을 증류수에 넣고 3분간 손으로 혼합시킨 후 균일하게 혼합된 반죽에 분리대두단백, 귀뚜라미 분말과 methyl cellulose를 넣고 뭉치지 않도록 손으로 균일하게 혼합시켰다. 귀뚜라미 분말이 첨가되지 않은 콩고기 반죽 제품을 대조군으로 사용했으며, 제조된 콩고기 반죽은 수화를 위해 냉장고(4°C)에서 24시간 동안 방치한 후 사용하기 전에 상온에서 2시간 정도 방치한 다음 TGase를 첨가하여 골고루 섞이도록 5분간 잘 저어주었다. TGase가 첨가된 콩고기 반죽은 효소 활성화를 위해 30분간 상온(25°C)에서 방치한 후 60 mL 카트리지(Becton-Dickinson(BD) Inc., Franklin Lakes, NJ, USA)에 충진하였다. 카트리지를 3D food printer(YOLI LAB 1.0, YOLILO Co., Seoul, Korea)에 장착시킨 후 Slicing software(Cura 2.4, Ultimaker BV, Geldermalsen, Netherlands)를 이용하여 infill 70%, reticular pattern, angle 90°, 20 mm×20 mm ×10 mm box 형태로 디자인하였다(Kim 등, 2021a). 3D printing 조건은 3 vertical shells, 1.7 mm first layer height, 1.6 mm subsequent layers, 1.1 mm 직경의 노즐을 사용하였다.

Table 1 . Formula of a soy meat added with different levels of Gryllus bimaculatus powders (unit: g)

MaterialsGroups1)
CONCP3CP6CP9
Potato starch13131313
Cricket powder0369
CaCl21111
KCl1111
Methyl cellulose0.50.50.50.5
Isolated soy protein1714118
Transglutaminase-B0.60.60.60.6
Distilled water66.966.966.966.9
Total100100100100

1)CON: paste prepared without a Gryllus bimaculatus powder, CP3: paste prepared with 3 g of Gryllus bimaculatus powder, CP6: paste prepared with 6 g of Gryllus bimaculatus powder, CP9: paste prepared with 9 g of Gryllus bimaculatus powder.



모든 실험은 상온에서 수행되었으며, speed 50 mm/s, infill speed 20 mm/s로 설정하여 하나당 1분 32초 동안 인쇄하였다. 인쇄된 콩고기를 대류오븐기(SK Magic EON-B420M, SK Magic Co., Seoul, Korea)를 이용하여 120°C에서 시료의 전면 20분, 뒤집어서 후면을 10분간 가열한 후 상온에서 식혀 냉장(4°C)에서 24시간 보관한 후 실험에 사용하였다. 본 연구에서 제조된 콩고기 제품과 시판 콩고기 제품과의 특성 비교를 위해 롯데푸드 베지 함박 오리지널(Lotte Confectionery, Cheongju, Korea) 제품을 마켓컬리(Seoul, Korea)에서 구입하여 비교군으로 사용하였다. 본 연구에서 사용된 시판제품은 시판되는 콩고기 제품 중 글루텐이 함유되지 않고 시료의 높이(20 mm)도 본 연구에서 제조된 제품들과 가장 유사하여 선정하였다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 기계적 조직감 측정

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기 시료(20 mm×20 mm×10 mm)의 기계적 조직감 분석은 Texture analyzer(TA-XT2, Stable Micro Systems Co., Haslemere, England)를 사용하여 경도(hardness), 부착성(adhesiveness), 응집성(cohesiveness), 탄력성(springiness), 검성(gumminess), 씹힘성(chewiness)을 측정하였다. 테스트 타입은 Texture Profile Analysis(TPA)로 진행하였고, probe는 원통형 probe인 P/36(diameter 36 mm)가 사용되었으며, trigger load 100 g, strain 75%, pre-test speed 2 mm/s, test speed 1 mm/s, post-test speed 1 mm/s로 설정하여 진행하였다. 실험군당 10번씩 반복 측정하였다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 묘사분석

묘사분석은 단국대학교 기관생명윤리위원회에서 IRB 승인(승인번호: DKU 2021-07-038)을 받은 후 IRB 절차에 따라 진행되었다. 쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기 시료의 조직감에 대한 정량적 묘사분석은 50시간 이상 훈련한 전문 묘사분석 패널 10명을 대상으로 15점 척도를 이용하여 진행하였다. 쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기 시료의 묘사분석은 사전 스크리닝 테스트를 통해 선발된 패널 10명(여 8, 남 2)을 50시간 이상 훈련 후 진행하였다.

시료는 24시간 동안 냉장 온도(4°C)에서 보관한 후 평가 전 상온에서 1시간 동안 방치한 다음 평가하였다. 시료를 가로 20 mm×세로 20 mm×높이 10 mm의 크기로 투명한 플라스틱 일회용 컵에 담아 제공하였으며, 각 시료에는 난수표를 활용한 세 자리 숫자를 부여하여 진행하였다. 평가 시료 간 향, 향미에 차이가 크지 않아 조직감 특성을 위주로 특성 평가를 수행하였다. 경도(initial hardness), 저작 경도(hardness of mass), 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 섬유성(fibrousness), 수분감(moisture release), 이에 끼는 정도(residual characteristics), 잔여감(loose particles) 순으로 평가했으며, 시료의 특성 평가 사이에 생수로 입안을 헹구어가며 진행하도록 하였다(Aguirre 등, 2018). 평가는 2회 반복하여 평균값을 산출하였다. 모든 평가는 개별 부스에서 수행되었고 패널 간 토의가 필요한 경우를 제외하고는 서로 간의 대화는 금지되었다.

통계분석

실험 결과는 XLSTAT(XLSTAT software version 2016 for windows, Addinsoft, Inc., Paris, France)을 사용하여 분석하였다. 실험 결과는 평균±표준편차로 나타냈으며, 분산분석(one way ANOVA)을 실행한 후 Tukey 방법으로 사후 검정하여 유의수준 5%에서 검정하였다.

쌍별귀뚜라미 분말의 일반성분 분석

실험에 사용된 쌍별귀뚜라미 분말의 수분함량, 조단백, 조지방, 조회분 함량을 측정한 결과, 수분 6.2%, 조단백 65.02%, 조지방 18.25%, 조회분 5.22%로 나타났다(data not shown). 이 결과는 쌍별귀뚜라미 분말의 영양성분과 항산화 활성을 연구한 Kim 등(2020b)의 조단백, 조지방, 조회분 함량 결과와 유사한 경향을 보였다. 수분함량은 Kim 등(2016)의 연구 결과와 비교할 때 다소 높은 값으로 나타났는데, 이는 분쇄한 분말을 저장하는 과정에서 공기 중 수분이 소량 흡수된 것으로 생각된다. Chung 등(2013)Baek 등(2017)의 연구 결과에 따르면 흰점박이꽃무지 유충의 조단백질 함량은 58% 수준이고 장수풍뎅이 유충의 조단백질 함량은 39% 수준으로 보고되었다. 따라서 본 연구의 쌍별귀뚜라미 분말의 조단백질은 65% 정도로 나타나 다른 곤충보다 다소 높은 값의 조단백질을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 기계적 조직감

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 기계적 조직감 측정 결과는 Table 2와 같다. 경도의 경우 쌍별귀뚜라미 분말이 첨가되지 않은 대조군과 6% 첨가군이 각각 23,706.04 g/cm2, 26,177.81 g/cm2로 가장 높은 값을 나타내었고, 다음으로 3% 첨가군, 시판제품, 9% 첨가군 순으로 나타났다. 9% 첨가군에서 경도가 유의적으로 감소한 것은 귀뚜라미 분말 함량이 증가함에 따라 분리대두단백 함량이 감소했기 때문으로 사료된다. Majzoobi 등(2014)은 높은 수분 결합 능력을 가진 분리대두단백이 자유수를 감소시켜 케이크의 부드러움을 감소시킬 수 있다고 보고했다. 따라서 분리대두단백 함량이 가장 적은 귀뚜라미 분말 9% 첨가군에서 경도가 유의적으로 낮게 나타난 것으로 판단된다.

Table 2 . Mechanical textural properties of a soy meat added with different levels of Gryllus bimaculatus powders measured by texture profile analysis

Powder concentration (%)Hardness (g/cm2)Adhensiveness (g·s)CohesivenessSpringinessGumminess (N)Chewiness (g)
023,706.04a2)−0.73a0.66a0.98a15,703.82a13,793.46a
315,500.22b−1.34a0.40c0.55b6,253.70b3,105.99c
626,177.81a−1.37a0.53b0.51b14,478.96a7,702.11b
94,185.40c−70.64c0.11e0.17d475.26d81.61e
LOT1)7,103.95c−22.02b0.31d0.33c2,218.40c756.64d

1)Lotte vege hamburger steak original.

2)Means with different letters (a-e) in the same column are significantly different at P<0.05.



또한, 고분자와 미립자의 구조적 특성에 의존하는 감자전분은 높은 함량의 아밀로오스로 이루어져 있어 높은 밀도의 응집 에너지로 인해 손상되기 쉬운 구조를 형성한다(Jo 등, 2021). 이러한 특성은 전분 재료를 기반으로 한 3D printing에 영향을 주며, 레이어 사이의 미세 구조 및 기계적 특성에도 영향을 미친다(Basiak 등, 2018). 반죽의 레올로지 특성이 증가함에 따라 인쇄성이 무조건 증가하는 것은 아니며(Jo 등, 2021), 동일한 재료를 동일한 압출력으로 설정하더라도 사용된 결착제의 종류나 압출률 등의 인쇄 조건에 따라서 압출 한계는 달라진다(Kim 등, 2017b). 따라서 조직감 결과를 바탕으로 쌍별귀뚜라미 첨가군 중 6% 첨가군이 가장 좋은 인쇄성을 가진 반죽으로 만들어졌다고 판단된다. 부착성에서는 대조군, 3% 첨가군, 6% 첨가군이 각각 -0.73 g・s, -1.34 g・s, -1.37 g・s로 유의적 차이가 나타나지 않았으며 시판제품이 -22.02 g・s로 앞선 시료들과 차이를 나타냈고 9% 첨가군이 -70.64 g・s로 가장 높은 부착성을 보였다. Sung(2022)은 식용곤충 분말의 첨가량이 증가할수록 죽의 점도가 증가하였고 이는 식용곤충 분말의 수분 흡수력에 의한 것이라고 보고했다. 따라서 쌍별귀뚜라미 분말 9% 첨가군의 점도가 가장 높아 부착성이 높게 나타난 것으로 추측된다.

응집성의 경우 대조군이 0.66, 6% 첨가군이 0.53, 3% 첨가군이 0.40, 시판제품이 0.31, 9% 첨가군이 0.11로 5개 군 사이에 모두 유의적 차이가 나타났다(Table 2). Indriani 등(2020)은 메뚜기 분말을 첨가한 케이크 매트릭스에서 메뚜기 단백질과 젤라틴화 된 전분 사이의 약한 접착력으로 인해 응집성이 낮아졌다고 보고했다. 또한, 이 결과는 갈색거저리 유충 분말 첨가량이 많아질수록 응집성이 낮아졌다고 보고한 Kim 등(2015)의 결과와도 일치하였다. 탄력성은 대조군이 0.98로 가장 높게 나타났으며, 그 뒤를 이어 3% 첨가군이 0.55, 6% 첨가군이 0.51, 시판제품이 0.33, 마지막으로 9% 첨가군이 0.17로 가장 낮은 탄력성을 나타냈다. Scheele 등(2021)의 연구 결과에 따르면, 단백질에 물을 첨가할수록 복소 탄성률이 감소하며 귀뚜라미 단백질이 타 단백질보다 복소 탄성률이 낮다는 결과가 있어 이와 같은 결과를 뒷받침해주는 것으로 보인다. 복소 탄성률이란 탄성체로 간주하는 물질의 변형에 대한 총저항을 의미한다(Dimitreli와 Thomareis, 2008). 단백질 종류에 따른 차이는 영양성분 및 분자 상태의 차이 때문으로 추측되며, 반면에 탄수화물과 섬유질은 많은 물을 흡수하고 유지하는 경향이 있다고 보고된다(Pérez 등, 2019).

씹힘성의 경우 대조군이 13,796.46 g, 6% 첨가군이 7,702.11 g, 3% 첨가군이 3,105.99 g, 시판제품이 756.64 g, 마지막으로 9% 첨가군이 81.61 g로 5개의 시료군 사이에서 모두 유의적 차이를 보였다(Table 2). TPA 매개변수 중 씹힘성은 시료의 경도, 탄력성, 응집성의 곱으로 나타나기 때문에 이 세 가지 변수의 경향에 영향을 받았다고 판단된다(Lee와 Yoo, 2000). 대부분의 특성에서 대조군과 6% 첨가군이 유사한 경향으로 나타났다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 묘사분석

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 묘사분석 결과는 Table 3과 같다. 먼저, 시료를 처음 한 번 씹었을 때 부서지기 전까지 필요한 힘으로 정의되는 경도는 대조군이 9.3으로 가장 높게 나타났으며, 그 뒤로 6% 첨가군과 시판제품이 각각 5.0과 4.4, 3% 첨가군이 3.7, 9% 첨가군이 3.3으로 나타나 TPA 측정 결과와 유사한 경향으로 시료 간 유의적 차이를 보였다(Lee 등, 2008). 시료를 저작하는 동안 감지되는 경도로 정의되는 저작 경도의 경우, 경도와 마찬가지로 대조군이 8.1로 가장 높게 나타났고 그 뒤로 6% 첨가군이 4.8, 시판제품이 4.6, 3% 첨가군이 4.1, 9% 첨가군이 3.4로 서로 비슷하게 나타났다. 저작을 통해 조직감 평가가 이루어지는 대부분의 육류 제품의 경우 경도와 저작 경도는 높은 상관성을 보인다(Lee 등, 2011). 탄력성은 대조군이 6.6으로 가장 높게 나타났으며, 6% 첨가군이 2.5, 시판제품이 2.1, 3% 첨가군이 1.9, 9% 첨가군이 1.5로 대조군을 제외한 나머지 실험군에서는 서로 간에 유의적 차이를 보이지 않았다. 따라서 경도, 저작 경도, 탄력성에서는 6% 첨가군이 시판제품과 가장 유사하다는 것을 알 수 있었다. 응집성의 경우 시판제품이 4.5로 가장 높은 값을 보였고 대조군이 3.1, 9% 첨가군과 6% 첨가군이 2.4, 3% 첨가군이 2.3 순으로 나타나 시판제품을 제외한 실험군 간에 유의적 차이를 보이지 않았다. Jeon 등(2004)은 응집성이 점도와 관계가 있고 검류 첨가군이 첨가하지 않은 대조군보다 응집성이 높게 나타났다고 밝혔다. 따라서 시판제품에는 덱스트린이나 아리비아검 성분이 포함되어 있어 응집성이 높게 나타난 것으로 보인다.

Table 3 . Intensities of sensory texture attributes of a soy meat added with different levels of Gryllus bimaculatus powders by descriptive analysis

Powder concentration (%)Initial hardnessHardness of massSpringinessCohesivenessFibrousnessMoisture releaseResidual characteristicsLoose particles
09.3±0.9a2)8.1±1.4a6.6±0.7a3.1±0.2b4.2±0.4a1.1±0.2c3.3±0.7a3.0±0.1a
33.7±0.1cd4.1±0.4bc1.9±0.1b2.3±0.2b1.0±0.1b1.6±0.3bc3.4±0.3a3.0±0.3a
65.0±0.1b4.8±0.3b2.5±0.5b2.4±0.3b1.6±0.4b1.5±0.7bc3.6±0.1a3.1±0.3a
93.3±0.2d3.4±0.2c1.5±0.4b2.4±0.3b1.0±0.1b2.1±0.3b3.5±0.1a3.0±0.4a
LOT1)4.4±0.3bc4.6±0.2bc2.1±0.3b4.5±0.7a1.2±0.1b3.5±0.2a3.6±0.6a3.5±0.3a

1)Lotte vege hamburger steak original.

2)Means with different letters (a-d) in the same column are significantly different at P<0.05.



섬유성은 대조군이 4.2, 6% 첨가군이 1.6, 시판제품이 1.2, 3% 첨가군과 9% 첨가군이 1.0으로 나타나 대조군을 제외한 실험군은 서로 유의적 차이가 나타나지 않았다. 수분감의 경우 시판제품이 3.5, 9% 첨가군이 2.1로 유의적 차이를 보였고, 그 뒤로 3% 첨가군이 1.6, 6% 첨가군이 1.5, 대조군이 1.1의 값을 보였다. 시판제품에는 양파가 포함되어 있고 Kim과 Chun(2001)의 연구 결과에 따르면 양파의 일반적인 수분함량은 91% 수준으로 수분함량이 높고 양파 외에 가공유지 성분도 포함되어 있어 수분감이 유의적으로 높게 나타난 것으로 보인다. 이에 끼는 정도는 대조군이 3.3, 3% 첨가군이 3.4, 6% 첨가군이 3.6, 9% 첨가군이 3.5, 시제품이 3.6으로 나타나 시료 간의 유의적 차이가 없었다. 잔여감도 마찬가지로 대조군이 3.0, 3% 첨가군이 3.0, 6% 대조군이 3.1, 9% 대조군이 3.0, 시제품이 3.5로 서로 유의적 차이가 없게 나타나 이에 끼는 정도나 잔여감 특성은 쌍별귀뚜라미 분말 첨가량과 관련성이 낮다고 볼 수 있다.

본 연구에서는 3D food printer를 이용하여 쌍별귀뚜라미 분말의 첨가 수준을 달리한 콩고기를 제조한 후 기계적 물성과 묘사분석을 통한 조직감 감각 특성을 평가하였다. 쌍별귀뚜라미 분말의 일반성분 분석 결과, 수분 6.2%, 조단백 65.02%, 조지방 18.25%, 조회분 5.22%로 나타났다. 기계적 조직감 특성은 대조군과 6% 첨가군이 유사한 경향을 보였다. 묘사분석에서는 시판제품인 롯데 베지 함박 오리지널과 6% 첨가군이 경도, 탄력성 특성에서 유사한 경향을 보였고 이에 끼는 정도, 잔여감 특성은 모든 시료에서 유의적인 차이가 없었다. 또한, 시판제품과 쌍별귀뚜라미 분말 첨가군(3, 6, 9%)은 탄력성과 섬유성 특성에서 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 결론적으로 쌍별귀뚜라미 분말을 첨가하지 않은 대조군과 시판제품은 6% 첨가군과 기계적 조직감, 묘사분석에서 유사한 경향을 보였고 6% 첨가군의 반죽은 3D printing에서 가장 좋은 인쇄성을 보였다. 따라서 쌍별귀뚜라미 분말을 6% 첨가하는 것이 본 연구의 콩고기 단백질 매트릭스 구조에서 가장 안정적인 효과를 나타낼 수 있고 3D printing의 인쇄성도 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 향후 식용곤충과 같은 동물성 분말을 첨가한 대체육 생산 및 품질특성에 관한 연구의 기초자료로 활용 가능하다고 판단된다. 후속 연구로는 본 연구에서 사용된 쌍별귀뚜라미 분말과 분리대두단백의 최적 조합 연구 및 향미 특성을 포함한 소비자 기호도 조사가 이루어져야 할 것으로 생각된다.

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Article

Note

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(12): 1364-1369

Published online December 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.12.1364

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

3D Food Printer로 제조한 쌍별귀뚜라미(Gryllus bimaculatus) 분말 첨가 콩고기의 물리적 및 감각 특성

백운서1*․정유진1*․박성수2․신의철3․이영승1

1단국대학교 식품영양학과
2제주대학교 식품영양학과
3경상국립대학교 식품과학부

Received: August 22, 2022; Revised: September 11, 2022; Accepted: September 20, 2022

Textural and Sensory Characteristics of Soy Meat with the Addition of Gryllus bimaculatus Powder Produced Using a 3D Food Printer

Woonseo Baik1* , Yoojin Jeong1* , Sung-Soo Park2 , Eui-Cheol Shin3 , and Youngseung Lee1

1Department of Food and Nutrition, Dankook University
2Department of Food Science and Nutrition, Jeju National University
3Department of Food Science/Institute for Food Sensory & Cognitive Science, Gyeongsang National University

Correspondence to:Youngseung Lee, Department of Food Science and Nutrition, Dankook University, 119, Dandae-ro, Dongnam-gu, Cheonan-si, Chungnam 31116, Korea, E-mail: youngslee@dankook.ac.kr
*These authors contributed equally to this work.

Received: August 22, 2022; Revised: September 11, 2022; Accepted: September 20, 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

This study was conducted to examine the mechanical and sensory textural properties of soy meat containing Gryllus bimaculatus powder (0∼9%) produced using a 3D food printer. The mechanical properties and sensory characteristics of the samples were evaluated by a texture analyzer and ten trained panelists, respectively. Most of the mechanical textural properties of the soy meat samples decreased as the amount of powder added increased. The results of the descriptive analysis showed that the control (without powder) was higher than the samples with the powder when assessed for most characteristics’ intensity, while the sample with the addition of 6% of the powder showed the highest initial hardness and springiness. Of all the samples in this study, the one with the addition of 6% of the powder showed values most similar to that of the control with respect to mechanical and sensory textural properties, thus exhibiting the best printability for 3D printing. The results of this study imply that appropriate ingredients such as gums or gelling agents that enhance the textural properties of soy meat containing Gryllus bimaculatus powder produced using a 3D food printer should be utilized, and their use should be optimized.

Keywords: Gryllus bimaculatus, soy meat, 3D food printing, texture, descriptive analysis

서 론

미래 식품으로 가치가 높은 식용곤충 시장이 점차 확대됨에 따라 국내 식용곤충을 이용한 연구도 활발히 진행되고 있다(Kim 등, 2021b). 현재 국내에서 허용 가능한 식용곤충으로는 흰점박이꽃무지 유충, 갈색거저리 유충, 장수풍뎅이 유충, 누에, 백강잠, 메뚜기, 쌍별귀뚜라미, 아메리카왕거저리 유충, 수벌번데기, 2021년에 새롭게 인정된 풀무치까지 총 10종이다(Jang 등, 2022). 이러한 식용곤충은 소, 돼지 등의 가축동물과는 달리 사육에 요구되는 면적이 작아 공간 효율이 우수하고 섭취하는 사료의 양이 적다. 반면 단백질, 지방 및 미네랄 등이 풍부하게 들어있으며, 특히 쌍별귀뚜라미(Gryllus bimaculatus)의 경우 다른 식용곤충보다 단백질 함량이 월등히 높고 지방과 탄수화물은 적어 다양한 기능성 소재로서의 활용이 기대된다(Kim 등, 2020b). 그러나 Park과 Choi(2020)는 식용곤충이 인식에 비해 실제 이용까지 이어지는 저변 확산이 낮고 소비자들이 식용곤충의 형태가 보이지 않는 가공된 식품 형태를 더 선호한다는 연구 결과를 밝힌 바 있으며, 이를 토대로 중적외선 건조를 한 귀뚜라미를 분말 형태로 사용해 식용곤충의 형체가 보이지 않는 가공된 식품 형태로 만들어 제품의 선호도를 높이는 연구가 필요하다고 보고했다. 현재까지 식용곤충과 관련된 선행연구로는 식품 원료용 귀뚜라미 분말의 저장 중 품질특성 및 유통기한 설정(Kim 등, 2016), 전처리에 따른 쌍별귀뚜라미의 안전성 및 영양학적 평가(Lee와 Kim, 2019), 쌍별귀뚜라미 분말과 분말 단백질 추출물의 영양성분과 항산화 활성(Kim 등, 2020b), 열처리가 쌍별귀뚜라미의 영양성분에 미치는 영향(Dobermann 등, 2019), 갈색거저리를 첨가한 죽의 품질특성(Sung, 2022), 갈색거저리 유충, 흰점박이꽃무지 유충, 쌍별귀뚜라미 분말을 첨가한 쌀쿠키의 품질특성 및 항산화 활성(Jang 등, 2022) 등이 활발히 진행되고 있다.

3D(three-dimensional) printing은 고분자 원료를 바탕으로 복잡한 구조물을 단일과정을 통해 생산하기 위한 목적으로 개발되었으며, 한 층씩 쌓는 적층 제조를 통해 이뤄진다(Kim 등, 2017a). 식량문제가 점점 심각해지고 현대인의 식습관 개선이 필요해짐에 따라 현재 다수의 국가에서 3D food printing 기술 연구에 동참하고 있으며, 미래 식품 생산과 유통 구조를 바꿀 수 있는 신개념 기술로 손꼽히고 있다(Kim 등, 2020a). 3D food printing은 식품의 모양과 패턴, 식감을 자유롭게 설계할 수 있으며 원하는 맛을 가진 식품을 만들어낼 수 있다. 3D printing에서 food ink로 사용하려면 식재료를 가공 처리해야 하는데, 이 과정에서 기능성 재료를 넣거나 만들어진 제품에서 특정 물질을 제거할 수 있어 유당 불내증이나 글루텐 소화가 되지 않은 사람들에게 맞춤형 음식을 제공할 수 있다(Kim 등, 2018). 3D printing을 통해 식품을 제조하려면 3D printing 과정과 후가공 과정의 중요한 2단계를 거쳐야 한다(Derossi 등, 2021). 이 과정에서 많은 재료가 질감 결정 요인들(탄수화물, 단백질, 지방 등)의 부적절한 구성으로 3D food printing ink로 사용되지 못하게 된다(Kim 등, 2017b). 따라서 methyl cellulose나 transglutaminase(TGase)와 같은 친수콜로이드가 식재료들의 인쇄성을 높이기 위해 첨가되고 있다(Polamaplly 등, 2019; Dong 등, 2020). 3D printing 관련 선행연구로는 식품 3D printing 기술과 식품 산업적 활용(Kim 등, 2017a), 친수콜로이드가 3D food printing용 채소 잉크의 유변학적 특성과 인쇄성에 미치는 영향(Kim 등, 2018), 상업용 감자퓨레의 3D printing에 미치는 온도의 영향(Martínez-Monzó 등, 2019), 귀뚜라미와 완두콩 단백질 분말을 이용한 3D printing 식품의 인쇄성 및 정확성 평가(Scheele 등, 2021) 등 많은 연구가 수행되고 있다.

콩고기란 콩 단백질을 사용하여 육류의 맛과 식감을 비슷하게 재현한 식품으로 인간의 삶의 질이 높아지고 건강에 대한 인식이 증가하면서 대체육으로서 활용도가 높아지고 있다(Cho와 Ryu, 2017). 가축 사육에 의한 환경오염과 동물복지에 관한 관심이 증가하고 종교적인 이유 등으로 육식을 제한하는 사람들이 증가하면서 식물성 대체육에 대한 수요도 증가하고 있다. 또한, 육류보다 저렴한 대두 단백질은 대체육으로 제조되어 후진국의 영양실조 문제를 개선할 수 있다고 보고되었다(Cho와 Ryu, 2017). 이러한 콩고기를 활용한 식물성 대체육과 관련된 연구로는 콩고기의 관능적 특성 및 소비자 기호도 분석(Kim 등, 2017c), 버섯 첨가가 압출성형 대체육의 품질특성에 미치는 영향(Cho와 Ryu, 2020), 식물성 단백질을 이용한 육류 유사 식품에 대한 고찰(You 등, 2020) 등이 있다.

3D printing을 이용한 대체육 관련 연구는 서서히 증가하는 추세이나 식용곤충과 같은 동물성 분말을 첨가한 대체육 생산 및 그의 품질특성에 관한 연구는 여전히 매우 부족하다. 또한, 다양한 재료에 따른 food ink 특성에 관한 연구가 많이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 3D food printer를 통해 만든 콩고기의 쌍별귀뚜라미 분말 첨가량에 따른 조직감 및 감각 특성을 분석하고자 한다.

재료 및 방법

실험재료

본 실험에 사용된 쌍별귀뚜라미는 2021년 3월 Cricket Farm(Hwaseong, Korea)에서 구입하여 3일간 절식시켜 세척하고 중적외선 건조를 한 후 믹서기(HR2096, Philips, Amsterdam, Netherlands)로 분쇄하였다. 사용 전 60 mesh 체(203-250, Chunggye, Seoul, Korea)에 다시 걸러 100 g씩 소분하여 진공포장 후 서늘한 곳에 보관하며 사용하였다. CaCl2, KCl, 분리대두단백은 ES food(Gunpo, Korea)에서 구입하여 사용하였고, 감자전분은 Jeolgol Farm(Yangpyeong, Korea)에서, TGase는 콩단백 점탄성 향상에 가장 적합한 TG-B(Ajinomoto, Tokyo, Japan)를 선택하여 실험에 사용하였다. 모든 실험은 쌍별귀뚜라미 분말 구입 후 3개월 이내에 수행하였다.

쌍별귀뚜라미 분말의 일반성분 분석

쌍별귀뚜라미 분말의 일반성분 분석은 공인분석화학자협회(Association of Official Analytical Chemists, AOAC) 방법(Kim 등, 2020b)에 따라 진행하였다. 수분함량은 105°C 상압건조 가열법, 조단백질 함량은 semi-micro Kjeldahl법, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법, 그리고 조회분 함량은 건식회화법을 이용하여 분석하였다. 실험군당 3번씩 반복 측정하여 평균을 산출하였다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 제조

콩고기 반죽은 Table 1과 같은 비율을 기본으로 하여 제조하였다. 먼저 CaCl2, KCl, 감자전분을 증류수에 넣고 3분간 손으로 혼합시킨 후 균일하게 혼합된 반죽에 분리대두단백, 귀뚜라미 분말과 methyl cellulose를 넣고 뭉치지 않도록 손으로 균일하게 혼합시켰다. 귀뚜라미 분말이 첨가되지 않은 콩고기 반죽 제품을 대조군으로 사용했으며, 제조된 콩고기 반죽은 수화를 위해 냉장고(4°C)에서 24시간 동안 방치한 후 사용하기 전에 상온에서 2시간 정도 방치한 다음 TGase를 첨가하여 골고루 섞이도록 5분간 잘 저어주었다. TGase가 첨가된 콩고기 반죽은 효소 활성화를 위해 30분간 상온(25°C)에서 방치한 후 60 mL 카트리지(Becton-Dickinson(BD) Inc., Franklin Lakes, NJ, USA)에 충진하였다. 카트리지를 3D food printer(YOLI LAB 1.0, YOLILO Co., Seoul, Korea)에 장착시킨 후 Slicing software(Cura 2.4, Ultimaker BV, Geldermalsen, Netherlands)를 이용하여 infill 70%, reticular pattern, angle 90°, 20 mm×20 mm ×10 mm box 형태로 디자인하였다(Kim 등, 2021a). 3D printing 조건은 3 vertical shells, 1.7 mm first layer height, 1.6 mm subsequent layers, 1.1 mm 직경의 노즐을 사용하였다.

Table 1 . Formula of a soy meat added with different levels of Gryllus bimaculatus powders (unit: g).

MaterialsGroups1)
CONCP3CP6CP9
Potato starch13131313
Cricket powder0369
CaCl21111
KCl1111
Methyl cellulose0.50.50.50.5
Isolated soy protein1714118
Transglutaminase-B0.60.60.60.6
Distilled water66.966.966.966.9
Total100100100100

1)CON: paste prepared without a Gryllus bimaculatus powder, CP3: paste prepared with 3 g of Gryllus bimaculatus powder, CP6: paste prepared with 6 g of Gryllus bimaculatus powder, CP9: paste prepared with 9 g of Gryllus bimaculatus powder..



모든 실험은 상온에서 수행되었으며, speed 50 mm/s, infill speed 20 mm/s로 설정하여 하나당 1분 32초 동안 인쇄하였다. 인쇄된 콩고기를 대류오븐기(SK Magic EON-B420M, SK Magic Co., Seoul, Korea)를 이용하여 120°C에서 시료의 전면 20분, 뒤집어서 후면을 10분간 가열한 후 상온에서 식혀 냉장(4°C)에서 24시간 보관한 후 실험에 사용하였다. 본 연구에서 제조된 콩고기 제품과 시판 콩고기 제품과의 특성 비교를 위해 롯데푸드 베지 함박 오리지널(Lotte Confectionery, Cheongju, Korea) 제품을 마켓컬리(Seoul, Korea)에서 구입하여 비교군으로 사용하였다. 본 연구에서 사용된 시판제품은 시판되는 콩고기 제품 중 글루텐이 함유되지 않고 시료의 높이(20 mm)도 본 연구에서 제조된 제품들과 가장 유사하여 선정하였다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 기계적 조직감 측정

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기 시료(20 mm×20 mm×10 mm)의 기계적 조직감 분석은 Texture analyzer(TA-XT2, Stable Micro Systems Co., Haslemere, England)를 사용하여 경도(hardness), 부착성(adhesiveness), 응집성(cohesiveness), 탄력성(springiness), 검성(gumminess), 씹힘성(chewiness)을 측정하였다. 테스트 타입은 Texture Profile Analysis(TPA)로 진행하였고, probe는 원통형 probe인 P/36(diameter 36 mm)가 사용되었으며, trigger load 100 g, strain 75%, pre-test speed 2 mm/s, test speed 1 mm/s, post-test speed 1 mm/s로 설정하여 진행하였다. 실험군당 10번씩 반복 측정하였다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 묘사분석

묘사분석은 단국대학교 기관생명윤리위원회에서 IRB 승인(승인번호: DKU 2021-07-038)을 받은 후 IRB 절차에 따라 진행되었다. 쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기 시료의 조직감에 대한 정량적 묘사분석은 50시간 이상 훈련한 전문 묘사분석 패널 10명을 대상으로 15점 척도를 이용하여 진행하였다. 쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기 시료의 묘사분석은 사전 스크리닝 테스트를 통해 선발된 패널 10명(여 8, 남 2)을 50시간 이상 훈련 후 진행하였다.

시료는 24시간 동안 냉장 온도(4°C)에서 보관한 후 평가 전 상온에서 1시간 동안 방치한 다음 평가하였다. 시료를 가로 20 mm×세로 20 mm×높이 10 mm의 크기로 투명한 플라스틱 일회용 컵에 담아 제공하였으며, 각 시료에는 난수표를 활용한 세 자리 숫자를 부여하여 진행하였다. 평가 시료 간 향, 향미에 차이가 크지 않아 조직감 특성을 위주로 특성 평가를 수행하였다. 경도(initial hardness), 저작 경도(hardness of mass), 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 섬유성(fibrousness), 수분감(moisture release), 이에 끼는 정도(residual characteristics), 잔여감(loose particles) 순으로 평가했으며, 시료의 특성 평가 사이에 생수로 입안을 헹구어가며 진행하도록 하였다(Aguirre 등, 2018). 평가는 2회 반복하여 평균값을 산출하였다. 모든 평가는 개별 부스에서 수행되었고 패널 간 토의가 필요한 경우를 제외하고는 서로 간의 대화는 금지되었다.

통계분석

실험 결과는 XLSTAT(XLSTAT software version 2016 for windows, Addinsoft, Inc., Paris, France)을 사용하여 분석하였다. 실험 결과는 평균±표준편차로 나타냈으며, 분산분석(one way ANOVA)을 실행한 후 Tukey 방법으로 사후 검정하여 유의수준 5%에서 검정하였다.

결과 및 고찰

쌍별귀뚜라미 분말의 일반성분 분석

실험에 사용된 쌍별귀뚜라미 분말의 수분함량, 조단백, 조지방, 조회분 함량을 측정한 결과, 수분 6.2%, 조단백 65.02%, 조지방 18.25%, 조회분 5.22%로 나타났다(data not shown). 이 결과는 쌍별귀뚜라미 분말의 영양성분과 항산화 활성을 연구한 Kim 등(2020b)의 조단백, 조지방, 조회분 함량 결과와 유사한 경향을 보였다. 수분함량은 Kim 등(2016)의 연구 결과와 비교할 때 다소 높은 값으로 나타났는데, 이는 분쇄한 분말을 저장하는 과정에서 공기 중 수분이 소량 흡수된 것으로 생각된다. Chung 등(2013)Baek 등(2017)의 연구 결과에 따르면 흰점박이꽃무지 유충의 조단백질 함량은 58% 수준이고 장수풍뎅이 유충의 조단백질 함량은 39% 수준으로 보고되었다. 따라서 본 연구의 쌍별귀뚜라미 분말의 조단백질은 65% 정도로 나타나 다른 곤충보다 다소 높은 값의 조단백질을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 기계적 조직감

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 기계적 조직감 측정 결과는 Table 2와 같다. 경도의 경우 쌍별귀뚜라미 분말이 첨가되지 않은 대조군과 6% 첨가군이 각각 23,706.04 g/cm2, 26,177.81 g/cm2로 가장 높은 값을 나타내었고, 다음으로 3% 첨가군, 시판제품, 9% 첨가군 순으로 나타났다. 9% 첨가군에서 경도가 유의적으로 감소한 것은 귀뚜라미 분말 함량이 증가함에 따라 분리대두단백 함량이 감소했기 때문으로 사료된다. Majzoobi 등(2014)은 높은 수분 결합 능력을 가진 분리대두단백이 자유수를 감소시켜 케이크의 부드러움을 감소시킬 수 있다고 보고했다. 따라서 분리대두단백 함량이 가장 적은 귀뚜라미 분말 9% 첨가군에서 경도가 유의적으로 낮게 나타난 것으로 판단된다.

Table 2 . Mechanical textural properties of a soy meat added with different levels of Gryllus bimaculatus powders measured by texture profile analysis.

Powder concentration (%)Hardness (g/cm2)Adhensiveness (g·s)CohesivenessSpringinessGumminess (N)Chewiness (g)
023,706.04a2)−0.73a0.66a0.98a15,703.82a13,793.46a
315,500.22b−1.34a0.40c0.55b6,253.70b3,105.99c
626,177.81a−1.37a0.53b0.51b14,478.96a7,702.11b
94,185.40c−70.64c0.11e0.17d475.26d81.61e
LOT1)7,103.95c−22.02b0.31d0.33c2,218.40c756.64d

1)Lotte vege hamburger steak original..

2)Means with different letters (a-e) in the same column are significantly different at P<0.05..



또한, 고분자와 미립자의 구조적 특성에 의존하는 감자전분은 높은 함량의 아밀로오스로 이루어져 있어 높은 밀도의 응집 에너지로 인해 손상되기 쉬운 구조를 형성한다(Jo 등, 2021). 이러한 특성은 전분 재료를 기반으로 한 3D printing에 영향을 주며, 레이어 사이의 미세 구조 및 기계적 특성에도 영향을 미친다(Basiak 등, 2018). 반죽의 레올로지 특성이 증가함에 따라 인쇄성이 무조건 증가하는 것은 아니며(Jo 등, 2021), 동일한 재료를 동일한 압출력으로 설정하더라도 사용된 결착제의 종류나 압출률 등의 인쇄 조건에 따라서 압출 한계는 달라진다(Kim 등, 2017b). 따라서 조직감 결과를 바탕으로 쌍별귀뚜라미 첨가군 중 6% 첨가군이 가장 좋은 인쇄성을 가진 반죽으로 만들어졌다고 판단된다. 부착성에서는 대조군, 3% 첨가군, 6% 첨가군이 각각 -0.73 g・s, -1.34 g・s, -1.37 g・s로 유의적 차이가 나타나지 않았으며 시판제품이 -22.02 g・s로 앞선 시료들과 차이를 나타냈고 9% 첨가군이 -70.64 g・s로 가장 높은 부착성을 보였다. Sung(2022)은 식용곤충 분말의 첨가량이 증가할수록 죽의 점도가 증가하였고 이는 식용곤충 분말의 수분 흡수력에 의한 것이라고 보고했다. 따라서 쌍별귀뚜라미 분말 9% 첨가군의 점도가 가장 높아 부착성이 높게 나타난 것으로 추측된다.

응집성의 경우 대조군이 0.66, 6% 첨가군이 0.53, 3% 첨가군이 0.40, 시판제품이 0.31, 9% 첨가군이 0.11로 5개 군 사이에 모두 유의적 차이가 나타났다(Table 2). Indriani 등(2020)은 메뚜기 분말을 첨가한 케이크 매트릭스에서 메뚜기 단백질과 젤라틴화 된 전분 사이의 약한 접착력으로 인해 응집성이 낮아졌다고 보고했다. 또한, 이 결과는 갈색거저리 유충 분말 첨가량이 많아질수록 응집성이 낮아졌다고 보고한 Kim 등(2015)의 결과와도 일치하였다. 탄력성은 대조군이 0.98로 가장 높게 나타났으며, 그 뒤를 이어 3% 첨가군이 0.55, 6% 첨가군이 0.51, 시판제품이 0.33, 마지막으로 9% 첨가군이 0.17로 가장 낮은 탄력성을 나타냈다. Scheele 등(2021)의 연구 결과에 따르면, 단백질에 물을 첨가할수록 복소 탄성률이 감소하며 귀뚜라미 단백질이 타 단백질보다 복소 탄성률이 낮다는 결과가 있어 이와 같은 결과를 뒷받침해주는 것으로 보인다. 복소 탄성률이란 탄성체로 간주하는 물질의 변형에 대한 총저항을 의미한다(Dimitreli와 Thomareis, 2008). 단백질 종류에 따른 차이는 영양성분 및 분자 상태의 차이 때문으로 추측되며, 반면에 탄수화물과 섬유질은 많은 물을 흡수하고 유지하는 경향이 있다고 보고된다(Pérez 등, 2019).

씹힘성의 경우 대조군이 13,796.46 g, 6% 첨가군이 7,702.11 g, 3% 첨가군이 3,105.99 g, 시판제품이 756.64 g, 마지막으로 9% 첨가군이 81.61 g로 5개의 시료군 사이에서 모두 유의적 차이를 보였다(Table 2). TPA 매개변수 중 씹힘성은 시료의 경도, 탄력성, 응집성의 곱으로 나타나기 때문에 이 세 가지 변수의 경향에 영향을 받았다고 판단된다(Lee와 Yoo, 2000). 대부분의 특성에서 대조군과 6% 첨가군이 유사한 경향으로 나타났다.

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 묘사분석

쌍별귀뚜라미 분말 첨가 콩고기의 묘사분석 결과는 Table 3과 같다. 먼저, 시료를 처음 한 번 씹었을 때 부서지기 전까지 필요한 힘으로 정의되는 경도는 대조군이 9.3으로 가장 높게 나타났으며, 그 뒤로 6% 첨가군과 시판제품이 각각 5.0과 4.4, 3% 첨가군이 3.7, 9% 첨가군이 3.3으로 나타나 TPA 측정 결과와 유사한 경향으로 시료 간 유의적 차이를 보였다(Lee 등, 2008). 시료를 저작하는 동안 감지되는 경도로 정의되는 저작 경도의 경우, 경도와 마찬가지로 대조군이 8.1로 가장 높게 나타났고 그 뒤로 6% 첨가군이 4.8, 시판제품이 4.6, 3% 첨가군이 4.1, 9% 첨가군이 3.4로 서로 비슷하게 나타났다. 저작을 통해 조직감 평가가 이루어지는 대부분의 육류 제품의 경우 경도와 저작 경도는 높은 상관성을 보인다(Lee 등, 2011). 탄력성은 대조군이 6.6으로 가장 높게 나타났으며, 6% 첨가군이 2.5, 시판제품이 2.1, 3% 첨가군이 1.9, 9% 첨가군이 1.5로 대조군을 제외한 나머지 실험군에서는 서로 간에 유의적 차이를 보이지 않았다. 따라서 경도, 저작 경도, 탄력성에서는 6% 첨가군이 시판제품과 가장 유사하다는 것을 알 수 있었다. 응집성의 경우 시판제품이 4.5로 가장 높은 값을 보였고 대조군이 3.1, 9% 첨가군과 6% 첨가군이 2.4, 3% 첨가군이 2.3 순으로 나타나 시판제품을 제외한 실험군 간에 유의적 차이를 보이지 않았다. Jeon 등(2004)은 응집성이 점도와 관계가 있고 검류 첨가군이 첨가하지 않은 대조군보다 응집성이 높게 나타났다고 밝혔다. 따라서 시판제품에는 덱스트린이나 아리비아검 성분이 포함되어 있어 응집성이 높게 나타난 것으로 보인다.

Table 3 . Intensities of sensory texture attributes of a soy meat added with different levels of Gryllus bimaculatus powders by descriptive analysis.

Powder concentration (%)Initial hardnessHardness of massSpringinessCohesivenessFibrousnessMoisture releaseResidual characteristicsLoose particles
09.3±0.9a2)8.1±1.4a6.6±0.7a3.1±0.2b4.2±0.4a1.1±0.2c3.3±0.7a3.0±0.1a
33.7±0.1cd4.1±0.4bc1.9±0.1b2.3±0.2b1.0±0.1b1.6±0.3bc3.4±0.3a3.0±0.3a
65.0±0.1b4.8±0.3b2.5±0.5b2.4±0.3b1.6±0.4b1.5±0.7bc3.6±0.1a3.1±0.3a
93.3±0.2d3.4±0.2c1.5±0.4b2.4±0.3b1.0±0.1b2.1±0.3b3.5±0.1a3.0±0.4a
LOT1)4.4±0.3bc4.6±0.2bc2.1±0.3b4.5±0.7a1.2±0.1b3.5±0.2a3.6±0.6a3.5±0.3a

1)Lotte vege hamburger steak original..

2)Means with different letters (a-d) in the same column are significantly different at P<0.05..



섬유성은 대조군이 4.2, 6% 첨가군이 1.6, 시판제품이 1.2, 3% 첨가군과 9% 첨가군이 1.0으로 나타나 대조군을 제외한 실험군은 서로 유의적 차이가 나타나지 않았다. 수분감의 경우 시판제품이 3.5, 9% 첨가군이 2.1로 유의적 차이를 보였고, 그 뒤로 3% 첨가군이 1.6, 6% 첨가군이 1.5, 대조군이 1.1의 값을 보였다. 시판제품에는 양파가 포함되어 있고 Kim과 Chun(2001)의 연구 결과에 따르면 양파의 일반적인 수분함량은 91% 수준으로 수분함량이 높고 양파 외에 가공유지 성분도 포함되어 있어 수분감이 유의적으로 높게 나타난 것으로 보인다. 이에 끼는 정도는 대조군이 3.3, 3% 첨가군이 3.4, 6% 첨가군이 3.6, 9% 첨가군이 3.5, 시제품이 3.6으로 나타나 시료 간의 유의적 차이가 없었다. 잔여감도 마찬가지로 대조군이 3.0, 3% 첨가군이 3.0, 6% 대조군이 3.1, 9% 대조군이 3.0, 시제품이 3.5로 서로 유의적 차이가 없게 나타나 이에 끼는 정도나 잔여감 특성은 쌍별귀뚜라미 분말 첨가량과 관련성이 낮다고 볼 수 있다.

요 약

본 연구에서는 3D food printer를 이용하여 쌍별귀뚜라미 분말의 첨가 수준을 달리한 콩고기를 제조한 후 기계적 물성과 묘사분석을 통한 조직감 감각 특성을 평가하였다. 쌍별귀뚜라미 분말의 일반성분 분석 결과, 수분 6.2%, 조단백 65.02%, 조지방 18.25%, 조회분 5.22%로 나타났다. 기계적 조직감 특성은 대조군과 6% 첨가군이 유사한 경향을 보였다. 묘사분석에서는 시판제품인 롯데 베지 함박 오리지널과 6% 첨가군이 경도, 탄력성 특성에서 유사한 경향을 보였고 이에 끼는 정도, 잔여감 특성은 모든 시료에서 유의적인 차이가 없었다. 또한, 시판제품과 쌍별귀뚜라미 분말 첨가군(3, 6, 9%)은 탄력성과 섬유성 특성에서 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 결론적으로 쌍별귀뚜라미 분말을 첨가하지 않은 대조군과 시판제품은 6% 첨가군과 기계적 조직감, 묘사분석에서 유사한 경향을 보였고 6% 첨가군의 반죽은 3D printing에서 가장 좋은 인쇄성을 보였다. 따라서 쌍별귀뚜라미 분말을 6% 첨가하는 것이 본 연구의 콩고기 단백질 매트릭스 구조에서 가장 안정적인 효과를 나타낼 수 있고 3D printing의 인쇄성도 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 향후 식용곤충과 같은 동물성 분말을 첨가한 대체육 생산 및 품질특성에 관한 연구의 기초자료로 활용 가능하다고 판단된다. 후속 연구로는 본 연구에서 사용된 쌍별귀뚜라미 분말과 분리대두단백의 최적 조합 연구 및 향미 특성을 포함한 소비자 기호도 조사가 이루어져야 할 것으로 생각된다.

Table 1 . Formula of a soy meat added with different levels of Gryllus bimaculatus powders (unit: g).

MaterialsGroups1)
CONCP3CP6CP9
Potato starch13131313
Cricket powder0369
CaCl21111
KCl1111
Methyl cellulose0.50.50.50.5
Isolated soy protein1714118
Transglutaminase-B0.60.60.60.6
Distilled water66.966.966.966.9
Total100100100100

1)CON: paste prepared without a Gryllus bimaculatus powder, CP3: paste prepared with 3 g of Gryllus bimaculatus powder, CP6: paste prepared with 6 g of Gryllus bimaculatus powder, CP9: paste prepared with 9 g of Gryllus bimaculatus powder..


Table 2 . Mechanical textural properties of a soy meat added with different levels of Gryllus bimaculatus powders measured by texture profile analysis.

Powder concentration (%)Hardness (g/cm2)Adhensiveness (g·s)CohesivenessSpringinessGumminess (N)Chewiness (g)
023,706.04a2)−0.73a0.66a0.98a15,703.82a13,793.46a
315,500.22b−1.34a0.40c0.55b6,253.70b3,105.99c
626,177.81a−1.37a0.53b0.51b14,478.96a7,702.11b
94,185.40c−70.64c0.11e0.17d475.26d81.61e
LOT1)7,103.95c−22.02b0.31d0.33c2,218.40c756.64d

1)Lotte vege hamburger steak original..

2)Means with different letters (a-e) in the same column are significantly different at P<0.05..


Table 3 . Intensities of sensory texture attributes of a soy meat added with different levels of Gryllus bimaculatus powders by descriptive analysis.

Powder concentration (%)Initial hardnessHardness of massSpringinessCohesivenessFibrousnessMoisture releaseResidual characteristicsLoose particles
09.3±0.9a2)8.1±1.4a6.6±0.7a3.1±0.2b4.2±0.4a1.1±0.2c3.3±0.7a3.0±0.1a
33.7±0.1cd4.1±0.4bc1.9±0.1b2.3±0.2b1.0±0.1b1.6±0.3bc3.4±0.3a3.0±0.3a
65.0±0.1b4.8±0.3b2.5±0.5b2.4±0.3b1.6±0.4b1.5±0.7bc3.6±0.1a3.1±0.3a
93.3±0.2d3.4±0.2c1.5±0.4b2.4±0.3b1.0±0.1b2.1±0.3b3.5±0.1a3.0±0.4a
LOT1)4.4±0.3bc4.6±0.2bc2.1±0.3b4.5±0.7a1.2±0.1b3.5±0.2a3.6±0.6a3.5±0.3a

1)Lotte vege hamburger steak original..

2)Means with different letters (a-d) in the same column are significantly different at P<0.05..


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