전 세계 육류 생산량은 연간 약 190억 kg이며, 1인당 육류 소비량은 2017년 8.2 kg에서 2025년 8.6 kg으로 증가할 것으로 예상된다(OECD, 2017). 그러나 토지와 물과 같은 가축을 기르는 자원은 한정되어 있기 때문에 증가하는 육류 수요를 충족시키기 위해 지속적으로 가축 사육량을 증가시키는 것은 어려운 실정이다(Cho 등, 2023). 따라서 식물성 단백질로 만든 식물성 대체육이 주목받기 시작했다(He 등, 2020). 식물성 대체육에는 콜레스테롤이 없으며 육고기보다 포화 지방 함량이 낮고 단백질 함량은 높은 특징이 있다(Ismail 등, 2020). 이러한 대체육을 제조하는 대표적인 가공 방법인 압출성형공정은 원료를 배럴 내부로 투입하여 열과 기계적 에너지의 작용으로 상변화에 의한 단백질 변성을 통해 조직화가 이루어지며 육류와 유사한 조직감을 재현할 수 있다(Gu와 Ryu, 2018). 또한 압출성형공정은 원료투입량, 스크루 배열, 사출구의 구조에 따라 제품의 특성을 목적에 맞게 조절할 수 있어 다양한 특성의 식물성 대체육을 생산한다는 장점이 있다(Meuser와 Wiedmann, 1989).

대체육의 원료로는 대두, 밀 글루텐(Chiang 등, 2019), 완두(Chen 등, 2021), 녹두(Hwang 등, 2023), 땅콩 단백질(Zhang 등, 2021), 효모(Jeon 등, 2022) 등이 사용된다. 이 밖에도 식품뿐만 아니라 화장품, 의약품, 동물 사료에 사용되는 해조류는 육지에서 재배되는 식물성 단백질에 대한 잠재적인 대안이 될 수 있다(Selnes 등, 2021). 해양 유기체인 해조류는 광합성 색소 조성에 따라 홍조류, 갈조류, 녹조류로 분류되며(Raja 등, 2022), 이 중 홍조류가 단백질 함량이 47%로 가장 높다(Vasconcelos 등, 2023). 2019년 세계 해조류 양식의 52.65%를 홍조류가 차지하며 그중 99.17%가 아시아에서 생산된다(Cai 등, 2021).

우리나라의 해조류 생산량은 중국, 필리핀, 일본에 이어 세계 4위의 생산국으로서 전 세계 해조류 생산량의 약 23%를 차지하고 있다(Park과 Jung, 2016). 홍조류에 속하는 김(Pyropia yezoensis)은 우리나라에서 서남해안, 전라남도 완도, 제주도 등지에서 양식되며(Kim 등, 2020b), 양식된 김은 마른 김과 조미 김으로 가공되어 기호식품으로 소비되고 있다(Lee 등, 2018). 김의 조단백질 함량은 36.83±0.72 g/100 g으로 다른 해조류에 비해 단백질 함량이 높으며(Hwang, 2013), 해조류 세포벽의 다당류와 단백질이 가지는 anionic carboxyl, sulphate, phosphate group이 무기질과 금속이온을 잘 흡착하기 때문에 김에는 칼슘, 요오드 및 철이 육상 식물에 비해 풍부하다(Ruperez, 2002). 또한 감칠맛과 단맛을 나타내는 taurine, alanine, glutamic acid 등의 아미노산 함량이 높고 이들 아미노산은 김 특유의 맛과 향미에 영향을 주는 것으로 알려져 있다(Han 등, 2003). 김에서 추출한 포르피린은 항종양(Noda 등, 1989), 항산화(Zhang 등, 2004), 항암효과 및 면역 활성(Cho 등, 1990), 장운동을 활성화하여 혈중 콜레스테롤을 감소시키는 기능을 하고 있어 생리 활성 및 기능성 효과가 높은 식품으로 주목받고 있다(Jung 등, 2020).

현재까지 압출성형을 이용한 식물성 대체육에 녹차(Ma와 Ryu, 2019), 느타리버섯(Cho와 Ryu, 2020), 갈색거저리 유충(Cho와 Ryu, 2021)을 첨가하였을 때의 이화학적 특성 및 항산화 특성에 관한 연구가 진행되었지만, 압출성형을 활용하여 김을 첨가한 식물성 대체육에 관한 연구는 진행되지 않았다. 따라서 본 연구는 압출성형을 활용한 식물성 대체육 제조에서 김 첨가량에 따른 저수분 식물성 대체육의 이화학적 특성 및 항산화 특성을 살펴보았다.

재료

본 실험에서는 분리대두단백(Pingdingshan TianJing Plant Albumen Co., Ltd.), 김(Gijang Market), 밀 글루텐(Roquette Freres), 옥수수 전분(Samyang Ltd.)을 원료로 사용하였다.

압출성형공정

본 실험은 실험용 동방향 쌍축압출성형기(THK31-No. 5, Incheon Machinery Co.)를 사용하였고, 스크루의 직경은 3 cm, 직경과 길이의 비(L/D ratio)는 23:1이며 사용한 압출성형기의 스크루 구조는 Fig. 1과 같다. 수분 함량은 펌프로 원료 투입구에 직접 물을 주입하여 조절하였으며 용융물의 온도는 전열기와 냉각수를 이용하여 조절했다. 김 첨가량에 따른 저수분 압출성형 식물성 대체육 제조를 위한 원료의 배합비는 Table 1에 나타내었다. 압출성형 공정변수는 원료 투입량 100 g/min, 수분함량 40%, 스크루 회전속도 250 rpm, 배럴 온도 150°C로 고정했다. 압출성형한 식물성 대체육을 일정한 크기로 절단하여 열풍건조기(FC-PO-250, Lap House)에서 60°C로 10시간 건조해 플라스틱 지퍼백에 보관하였다. 건조된 압출성형 식물성 대체육 시료는 외관, 수분 흡수력, 조직감, 조직잔사지수에 사용하였으며, 50과 70 mesh 사이의 분말만을 사용하여 색도, 수용성 질소 지수, ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 측정에 사용했다.

Fig 1. Schematic diagram of low-moisture extrusion cooking with details of the screw and die exit configuration.

Table 1

Formulation of extruded low-moisture plant-based meat analog at the different laver (Pyropia yezoensis) content (%).

Laver	Isolated soy protein	Wheat gluten	Corn starch
0	50	40	10
10	45	36	9
20	40	32	8
30	35	28	7
40	30	24	6

일반성분

저수분 압출성형에 사용한 김 원료의 일반성분은 수분함량은 105°C 상압 가열건조법, 조단백질 함량은 Ninhydrin 방법(Starcher, 2001), 조지방, 조회분, 조섬유는 AOAC 방법(1995)에 따라 측정하였고 탄수화물은 시료 전체를 100% 기준으로 수분, 조단백, 조지방, 조회분 함량 외의 값으로 산출하였다. 분리대두단백과 밀 글루텐의 일반성분은 Kim 등의 방법(2022)을 인용하였다.

아미노산 조성

아미노산 조성은 AOAC의 방법(2000)을 응용하여 이온교환 크로마토그래피 방법으로 측정하였다. 시료 0.2 g을 관에 넣고 6 N의 HCl 40 mL를 가한 후 질소 가스를 주입하여 110°C에서 24시간 가수분해하고 여과하여 진공 건조하였다. 건조된 시료에 유도체 시약 25 μL를 넣고 반응시킨 뒤 다시 진공 건조하여 아미노산 분석기(L-8900, Hitachi)로 분석하였다.

색도

건조한 식물성 대체육 분말(50~70 mesh)을 색도계(DP-400 Chroma meter, Konica Minolta)를 이용하여 명도(lightness, L), 적색도(redness, a), 황색도(yellowness, b) 값을 10 반복 측정한 평균값을 나타내었다. 이때 사용한 표준 백색판은 L=97.22, a=0.32, b=2.47이었다.

보수력

저수분 압출성형 식물성 대체육의 보수력을 측정하기 위해 Gu와 Ryu(2018)의 방법을 변형하여 보수력을 측정하였다. 길이를 1 cm로 절단한 대체육을 90°C로 설정한 water bath에서 30분간 수화시킨 다음 상온에서 20 mesh 체를 사용해 15분간 물을 배수하여 무게를 측정하였다. 수화 전 식물성 대체육의 무게와 수화 후 식물성 대체육의 무게를 사용하여 식 (1)로 값을 산출하였다.

조직감

1 cm로 절단한 건조된 식물성 대체육을 사용했으며 90°C의 water bath에서 30분간 수화 후 상온에서 20 mesh 체를 이용해 15분 동안 물을 제거하여 측정하였다. 저수분 식물성 대체육의 조직감 분석은 Sun Rheometer(Compac-100Ⅱ, Sun Sci., Co.)를 사용하였으며 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 씹힘성(chewiness)을 probe(직경 2.5 cm)를 사용하여 최대 응력 10 kg에서 10회 반복 측정하였다. 탄력성, 응집성, 씹힘성은 Trinh과 Glasgow(2012)의 식 (2), (3), (4)를 이용하여 계산하였다. 횡단면(vertical direction)과 종단면(parallel direction)은 cutting probe로 최대 응력 2 kg에서 10회 반복 측정하였으며 식 (5)를 통해 절단 강도를 계산하였다.

D₁: Distance of first occurred maximum stress

D₂: Distance of second occurred maximum stress

A₁: Area of first occurred maximum stress

A₂: Area of second occurred maximum stress

조직잔사지수

고온 고압에서 식물성 대체육의 조직 유지 정도를 평가하기 위해 Park 등(2017)의 방법을 변형하여 조직잔사지수(integrity index)를 측정하였다. 증류수 100 mL에 건조한 식물성 대체육 약 4 g을 섞은 후 90°C의 water bath에서 30분간 수화하였으며 121°C에서 15분간 가압, 가열하여 흐르는 물에 30초 동안 냉각시켰다. 수화된 시료를 증류수 100 mL가 담긴 비커에 옮기고 homogenizer(IKA-T10B, IKA Co.)를 사용하여 17,450 rpm에서 1분간 균질화하고 20 mesh를 사용하여 분리하였다. 분리된 잔사는 105°C에서 8시간 건조 후 건조한 잔여물과 시료의 중량을 이용하여 식 (6)에 따라 산출하였다.

수용성 질소지수

식물성 대체육 시료의 수용성 질소지수(nitrogen solubility index, NSI)는 Daun과 Kisilowsky(1999)의 방법을 변형하여 측정하였다. 수용성 질소 함량(soluble nitrogen content)을 측정하기 위해 분쇄한 시료 0.1 g을 0.5% KOH 용액 5 mL에 넣고 30°C로 설정한 교반기(SI-300R, Jelotech)에서 120 rpm으로 20분간 교반하였다. 1,610×g에서 30분 동안 원심분리하고 0.05 mL의 상등액을 취하여 Starcher(2001)의 방법으로 ninhydrin을 사용하여 수용성 질소 함량을 측정했다.

총질소 함량(total nitrogen content)은 시료 0.1 g을 6 N의 염산 100°C에서 24시간 동안 완전히 가수분해하여 5 mL의 증류수에 녹였다. 1,610×g 조건에서 30분간 원심분리하고 0.05 mL의 상등액을 취하여 ninhydrin을 사용하여 총질소 함량을 측정했다. 식 (7)에 대입하여 수용성 질소지수를 산출하였다.

DPPH 라디칼 소거능

DPPH 라디칼 소거능은 Brand-Williams 등(1995)의 방법을 변형하여 측정하였다. 분쇄한 시료 0.5 g을 80%의 메탄올 0.5 mL에 넣고 30°C로 설정한 교반기(SI-300R, Jeiotech)에서 200 rpm으로 2시간 동안 교반하여 추출하였다. 1,610×g에서 30분 동안 원심분리하여 0.1 mL의 상등액을 취하였다. 이후 메탄올에 녹인 DPPH 시약 3.9 mL를 0.1 mL의 상등액과 혼합하여 실온의 암실에서 30분 동안 반응시킨 다음 515 nm 파장에서 흡광도를 측정했다. 식 (8)에 대입하여 DPPH 라디칼 소거능을 산출하였다.

A₀: Absorbance of the blank

A: Absorbance of the sample

ABTS 라디칼 소거능

ABTS 라디칼 소거능은 Re 등(1999)의 방법을 변형하여 측정하였다. 분쇄한 시료 1 g을 80%의 메탄올 10 mL에 넣고 30°C로 설정한 교반기(SI-300R, Jeiotech)에서 200 rpm으로 2시간 동안 교반하여 추출하였다. 1,610×g에서 30분 동안 원심분리하여 20 µL의 상등액을 취하였다. 7 mM ABTS와 140 mM potassium persulfate(Sigma-Aldrich)를 12시간 동안 방치하여 라디칼을 형성하고, 760 nm에서 흡광도 값이 0.6~0.8이 되도록 증류수에 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 100 µL에 시료 20 µL를 첨가하여 15분 동안 반응시킨 후 microplate reader를 사용하여 760 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 식 (9)에 대입하여 ABTS 라디칼 소거능을 산출하였다. A_sample은 sample과 ABTS 용액과 반응하여 나타낸 흡광도 값을 의미한다.

통계처리

결과의 통계처리는 SPSS(Statistical Package for the Social Science, version 27.0) 프로그램(IBM-SPSS)을 이용하여 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시한 후 유의적 차이가 있는 항목에 대해서 P<0.05 수준에서 그 결과를 Duncan’s multiple range test로 검정했다.

일반성분과 아미노산 조성

김의 일반성분 분석 결과는 Table 2에 나타냈다. 김의 품질등급은 단백질 함량이 높고, 탄수화물 함량이 적을수록 좋다(Lee 등, 1987). 본 연구에 사용된 김의 단백질 함량은 43.23±0.38%이며, 탄수화물의 함량은 32.36±0.34%로 탄수화물보다 단백질 함량이 높은 값을 나타내었다. 또한 김에는 다양한 단백질, 탄수화물, 아미노산, porphyran, β-carotene 등이 풍부한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서 사용된 김의 수분함량은 10.98±0.09%로 한국산업규격이 가이드라인으로 제시한 12.00% 이하에도 부합하였다(Hwang, 2013). 조지방은 1.21±0.06%로 분리대두단백과 밀 글루텐(Kim 등, 2022)에 비교하여 가장 낮은 값을 나타내었다.

Table 2

Proximate composition of raw material used in extruded low-moisture plant-based meat analog.

Composition (%)	Raw material
	Laver	Isolated soy protein	Wheat gluten
Moisture	10.98±0.09	6.90±0.83	9.50±0.79
Crude protein	43.23±0.38	80.9±0.32	72.8±0.28
Crude fat	1.21±0.06	2.30±0.53	4.00±0.48
Crude fiber	1.10±0.04	－	－
Crude ash	11.13±0.02	5.10±0.37	0.80±0.52
Carbohydrate	32.36±0.34	4.80±0.73	12.9±0.38

The data are expressed as the mean±standard deviation (n=3)..

김 함량 30%인 저수분 압출성형 식물성 대체육의 아미노산 조성은 Table 3에 나타내었다. 김에서 alanine, glutamic acid 등 17종의 아미노산이 검출되었으며 감칠맛을 나타내는 아미노산(glutamic acid, aspartic acid)이 주요 아미노산으로 존재하며, 단맛을 나타내는 아미노산(alanine, glycine, serine, threonine)을 포함하고 있어 김 특유의 맛과 향에 기여하는 것으로 사료된다. 또한 methionine은 0.89±0.01%, cystine은 1.01±0.01%로 낮은 값을 나타내었는데 이는 Monika(2011)의 연구 결과와 일치하였다. 압출성형 전후 총 아미노산의 유의적인 차이는 확인되지 않았다.

Table 3

Amino acid contents of low-moisture plant-based meat analog with different laver (Pyropia yezoensis) content.

Amino acid (g/100 g)	Laver 30% content
	Before extrusion	After extrusion
Aspartic acid	5.20±0.03b1)	5.24±0.04b
Threonine	2.30±0.02k	2.23±0.11j
Serine	3.17±0.02f	3.20±0.04f
Glutamic acid	14.61±0.07a	14.85±0.13a
Glycine	2.63±0.02i	2.64±0.02i
Alanine	3.19±0.03f	3.22±0.02f
Valine	2.96±0.02g	2.99±0.02g
Isoleucine	2.54±0.02j	2.55±0.02i
Leucine	4.85±0.04c	4.91±0.03c
Tyrosine	2.15±0.02l	2.09±0.11k
Phenylalanine	3.19±0.01f	3.22±0.03f
Lysine	2.83±0.01h	2.80±0.03h
Histidine	1.40±0.01m	1.43±0.03l
Arginine	3.66±0.04e	3.68±0.04e
Cystine	1.01±0.01n	0.95±0.00m
Methionine	0.89±0.01o	0.88±0.01m
Proline	4.76±0.04d	4.80±0.07d
Total amino acids	61.34±0.25	61.68±0.42

The data are expressed as the mean±standard deviation (n=3)..

¹⁾Values with different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test..

외관

김 함량에 따른 저수분 압출성형 식물성 대체육의 섬유상 구조와 횡단면 및 종단면을 Fig. 2에 나타내었다. 섬유상의 구조는 김 함량 0~30%까지 향상되었지만 40%에서는 감소하였다. 김은 섬유소를 함유하고 있으며 그중 불용성 섬유소가 대부분을 차지한다(Shin 등, 2013). 불용성 섬유소는 연속상에서 단백질 분포를 촉진하며 섬유상 구조 형성을 촉진한다(Deng 등, 2023). 이로 인해 김 첨가량 30%까지 섬유상 구조가 증가하는 것으로 판단된다. 또한 친수성인 불용성 섬유소가 압출성형기의 배럴 내부에서 단백질에 비해 더 많은 물과 결합하여 단백질과 물 사이의 결합이 감소하여 팽화가 감소하였다고 판단된다(Nikmaram 등, 2015; O’shea 등, 2014). 따라서 김의 함량이 증가함에 따라 기공이 감소한 것으로 판단된다.

Fig 2. Photographs of the fibrous structure and cross-section of extruded low-moisture plant-based meat analog at the different laver content.

색도

압출성형물의 색상 변화는 압출성형공정에서의 메일라드 반응, 캐러멜화, 가수분해 등에 영향을 받는다(Samard와 Ryu, 2019). 김 함량에 따른 식물성 대체육의 색도는 Table 4에 나타내었다. 김 함량이 증가함에 따라 명도(lightness, L), 적색도(redness, a), 황색도(yellowness, b)는 김 함량 0%에서 가장 높은 값을 나타내었다. 반면 김 함량이 증가할수록 색도는 모두 감소하였다. 김에는 엽록소 a, 피코빌리단백질의 주요 광합성 색소가 존재하며(Li 등, 2008), 색상 변화는 가열 중 색소의 분해와 관련이 있다(Ge 등, 2022). 피코빌리단백질 중 피코에리트린은 붉은 색소로 열처리에 불안정하여 가열시간이 길어짐에 따라 적자색이 퇴색된다(Bito 등, 2017). 김의 함량의 증가함에 따라 피코에리트린의 함량이 증가하고, 압출성형공정 중 고온으로 인하여 김의 색소 단백질의 분해가 증가하여 적색도가 감소한 것으로 판단된다. 또한 김에 포함된 다량의 탄수화물이 압출성형공정 중 고온에서 김에 포함된 탄수화물의 캐러멜화로 인하여 색이 어두워진 것으로 판단된다(Kaur 등, 2015). 따라서 김의 농도에 따른 압출성형 중 변화로 인하여 김 함량이 증가할수록 압출성형물의 명도가 감소한 것으로 사료된다.

Table 4

Color of extruded low-moisture plant-based meat analog at the different laver (Pyropia yezoensis) content.

Laver (%)	Lightness (L)	Redness (a)	Yellowness (b)	Color
0	53.23±1.84a1)	4.11±0.24a	26.88±0.55a
10	32.98±2.33b	0.28±0.09b	17.69±0.78b
20	32.81±1.00b	−0.66±0.05e	17.36±0.36b
30	28.37±1.51c	−0.42±0.11d	15.55±0.44c
40	25.67±1.72d	−0.19±0.10c	13.07±0.40d

Data are expressed as mean±standard deviation of ten replicates..

¹⁾Values with different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test..

보수력

보수력은 압출성형 식물성 대체육의 기공에 수분이 결합하는 정도를 수치화한 것으로 식물성 대체육의 품질을 결정하는 요소이다(Cho와 Ryu, 2020). 김 함량에 따른 보수력은 Table 5에 나타내었다. 김 함량이 0%에서 40%로 증가할수록 보수력은 감소하였으며, 김 함량 0%에서 보수력이 5.62±0.38 g/g으로 가장 높았다. 홍조류의 세포벽에 있는 카라기난과 한천 등의 산성 다당류는(Yermak 등, 2020) 압출성형공정 중 열과 스크루 회전에 의한 전단력으로 세포벽 구조가 파괴되어 가용성 섬유질이 증가한다(Gui와 Ryu, 2014). 또한 카라기난은 식품 산업에서 안정제와 겔화제로 널리 사용되며 생성된 단백질 네트워크 구조는 조밀한 네트워크 구조를 형성하여 수분 흡수를 감소시킨다(Palanisamy 등, 2018). Samard와 Ryu(2019)의 연구 결과에 따르면 압출성형 식물성 대체육 내부의 다공성 구조는 수화 시 흡수할 수 있는 물의 양을 증가시켜 높은 보수력을 나타낸다고 보고하였다. 따라서 김의 함량이 증가할수록 섬유질의 함량이 증가하고 기공의 수와 크기가 감소하여 보수력이 감소한 것으로 판단된다.

Table 5

Water holding capacity of extruded low-moisture plant- based meat analog at the different laver (Pyropia yezoensis) content.

Laver (%)	Water holding capacity (g/g)
0	5.62±0.38a1)
10	4.79±0.11b
20	4.53±0.28b
30	2.86±0.25c
40	2.46±0.07c

¹⁾Values with different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test..

조직감

김 함량에 따른 식물성 대체육의 조직감 및 절단 강도는 Table 6에 나타내었다. 탄력성은 김 첨가량 0%에서 93.33±1.34%로 가장 높은 값을 나타냈고 김 첨가량이 증가함에 따라 감소하였다. 김 함량이 증가할수록 보수력과 마찬가지로 기공의 수가 감소하여 탄력성이 감소하였다고 판단된다. 또한 탄력성은 보수력과 양의 상관관계를 가지며 기공과 관련이 있다는 Gu와 Ryu(2017)의 연구 결과와 일치하였다. 응집성은 김 첨가량 0%에서 89.22±1.03%로 가장 높은 값을 나타냈고, 김 첨가량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 단백질의 결합 정도를 나타내는 응집성은 (Yang 등, 2020) 김 함량이 증가함에 따라 식물성 단백질 함량의 감소로 인해 단백질 간의 결합이 줄어들어 응집성이 감소한 것으로 판단된다.

Table 6

Texture profile analysis and cutting strength of extruded low-moisture plant-based meat analog at the different laver (Pyropia yezoensis) content.

Laver (%)	Springiness (%)	Cohesiveness (%)	Chewiness (g)	Cutting strength (g/cm2)
				Vertical direction	Parallel direction
0	93.33±1.34a1)	89.22±1.03a	434.99±63.97c	573.31±59.12c	339.01±35.67d
10	93.17±1.40a	85.44±3.63a	779.24±179.36b	574.67±61.50c	400.63±50.68c
20	89.01±1.66b	82.74±2.41ab	939.55±132.34a	750.76±51.51b	494.63±62.13b
30	85.71±1.33c	76.51±3.61b	1,067.89±164.96a	1,028.80±79.58a	717.89±38.77a
40	79.45±4.49d	63.49±10.58c	719.44±81.34b	682.31±85.31b	668.43±74.89a

¹⁾Values with different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test..

김 세포벽에 있는 다당류(Yermak 등, 2020)는 압출성형공정에서 고온의 열 겔화 동안 단백질과 다당류 분자의 상호작용으로 더 강한 분자결합을 형성하게 된다(Yang 등, 2020). 이로 인해 강한 네트워크 구조가 형성됨으로써 씹힘성이 증가했다고 판단되며, Raja 등(2022)은 해조류의 식이섬유가 가공육의 씹음성을 향상시킨다고 보고하였다.

절단 강도 또한 김 함량 30%까지는 증가하였지만 40%에서 감소하였다. Lee 등(2020)은 김 함량이 증가할수록 점질성 복합다당류 함량이 증가하였으며, 이로 인해 식물성 대체육의 기공 생성이 억제되고 조밀한 구조 형성으로 절단 강도가 증가하였다고 판단된다. 김 함량 40%에서는 씹힘성, 절단 강도 모두 감소하였으며, 이는 김 함량이 증가할수록 섬유질의 증가로 단백질의 결합을 방해하여 감소한 것으로 판단된다(Deng 등, 2023).

조직잔사지수

김 함량에 따른 저수분 압출성형 식물성 대체육 조직의 결착 정도를 알아보기 위해 조직잔사지수를 측정하여 Table 7에 나타내었다. 조직잔사지수는 김 함량 30%까지는 증가하였지만 40%에서는 감소하였으며, 김 함량 30%에서 73.84±0.94%로 가장 높은 값을 나타내었다. 김을 첨가한 식물성 대체육을 제조하기 위해 사용한 압출성형공정은 스크루 회전에 따른 전단력으로부터 세포벽 손상을 일으키며(Gui와 Ryu, 2014), 단백질이 변성되는 동안 단백질 분자 사슬의 반응기를 노출시킨다(Chen 등, 2011). 노출된 단백질 분자 사슬과 김의 세포벽 손상으로 세포벽에 있는 다당류가 용출되면서 단백질 분자와 다당류 사이의 상호작용이 유리해진다. 또한 다당류는 단백질의 형태를 변형시키고 단백질과 결합하여 네트워크 구조를 형성한다(Zhang 등, 2020). 따라서 다당류와 단백질과의 상호작용이 증가함에 따라 조직잔사지수가 증가한 것으로 판단된다. 김 함량 40%에서는 김 함량 30%보다 조직잔사지수가 감소했는데 이는 김의 섬유질 성분이 단백질과 다당류 사이의 결합을 방해하여 감소한 것으로 판단된다(Deng 등, 2023).

Table 7

Integrity index of extruded low-moisture plant-based meat analog at the different laver (Pyropia yezoensis) content.

Laver (%)	Integrity index (%)
0	19.80±1.20d1)
10	45.08±2.84c
20	65.67±2.56b
30	73.84±0.94a
40	68.69±0.89b

¹⁾Values with different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test..

수용성 질소지수

수용성 질소지수는 물에 용해되어 분산되는 수용성 단백질을 측정하여 단백질의 변성 정도를 나타낸다(Cho, 2021). 김 함량에 따른 수용성 질소지수는 Table 8에 나타내었다. 조직잔사지수와 수용성 질소지수는 음의 상관관계를 나타낸다는 Gu와 Ryu(2019)의 연구 결과와 달리 본 연구에서는 김 함량이 증가함에 따라 수용성 질소지수가 증가하였다. 압출성형공정은 수용성 식이섬유 함량을 증가시키며(Gao 등, 2023), 이로 인해 다량의 수용성 식이섬유가 물에 용출된다. 따라서 김 함량의 증가로 인한 수용성 식이섬유의 함량 증가로 단백질 간의 상호작용 방해로 조직화에 영향을 미치지 못하여 수용성 질소지수가 증가한 것으로 판단된다. 이는 Jeon 등(2022)의 효모 함량에 따른 저수분 대체육의 연구 결과와 일치하였다.

Table 8

Nitrogen solubility index of extruded low-moisture plant-based meat analog at the different laver (Pyropia yezoensis) content.

Laver (%)	Nitrogen solubility index (%)
0	31.51±0.65e1)
10	40.17±0.37d
20	45.34±2.26c
30	55.69±0.53b
40	65.89±3.03a

¹⁾Values with different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test..

항산화 활성

DPPH, ABTS는 대표적인 항산화 활성 측정법으로, DPPH 라디칼 소거능은 세포에 산화적 손상을 발생시키는 자유라디칼을 제거하고 항산화 물질을 검출하는 방법으로 널리 활용된다(Jeon 등, 2022). ABTS 라디칼 소거능은 식품 성분의 합성 및 천연 항산화 물질과 빠르게

반응하며 친수성용매와 유기용매에 녹아 화합물의 항산화 능력을 넓은 범위에서 검출할 수 있다(Munteanu와 Apetrei, 2021). 압출성형 식물성 대체육의 항산화 활성을 Table 9에 나타내었다.

Table 9

Antioxidant activities of extruded low-moisture plant- based meat analog at the different laver (Pyropia yezoensis) content.

Laver (%)	DPPH radical scavenging (%)	ABTS radical scavenging (%)
0	24.51±6.79c1)	45.44±0.01d
10	32.86±1.12bc	63.59±0.02c
20	38.20±7.54b	84.91±0.02b
30	48.13±1.20a	94.37±0.01a
40	51.95±4.40a	93.38±0.02a

¹⁾Values with different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test..

DPPH는 김 함량 40%에서 51.95±4.40%로 가장 높은 값을 나타내었고, ABTS 라디칼 소거능은 김 함량이 증가함에 따라 증가하는 경향이 나타났다. 김에는 폴리페놀, 카로티노이드, 토코페롤 등 다양한 종류의 유기물질이 포함되어 있어 항산화 특성이 있다(Hwang과 Thi, 2014). 또한 항산화 다당류인 포르피린이 다량 함유되어 있으며, 포르피린은 최근 항종양 활성(Noda 등, 1989), 항산화 활성(Zhang 등, 2004)이 밝혀지며 생리 활성에 기여할 수 있다고 보고하였다. 김 분말을 첨가한 찐 어묵(Kim 등, 2020a), 쌀 과자(Kim 등, 2020b)에서도 DPPH 라디칼 소거능이 증가하는 연구 결과와 일치하였다.

김의 색소 단백질인 피코에리트린은 항산화, 간 보호, 항염증 효과가 있으며, Ichihara 등(1999)의 연구 결과에 따르면 건조된 김 분말을 먹인 쥐에게 간암 발생에 대한 화학적 효과도 입증되었다. Jeszka-Skowron 등(2015)은 DPPH와 ABTS 분석 결과 사이에 밀접한 상관관계가 있으며, Brennan 등(2011)의 연구 결과에 따르면 높은 온도에서 열처리는 항산화 활성을 증가시켰다. 따라서 DPPH 라디칼 소거능과 ABTS 라디칼 소거능이 증가함에 따라 김의 첨가량이 증가할수록 항산화 효과가 증가할 것이다.

본 연구는 김 함량에 따른 저수분 압출성형 식물성 대체육의 이화학적 특성을 알아보았다. 분리대두단백 50%, 밀 글루텐 40%, 옥수수 전분 10% 혼합물을 기본 배합 100%로 하여, 기본배합과 김의 비율을 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40으로 하여 배합하였다. 압출성형 공정변수는 수분함량 40%, 배럴 온도 150°C, 스크루 회전속도 250 rpm, 원료 사입량 100 g/min으로 고정하였다. 김 함량이 증가할수록 탄력성과 응집성은 감소하였고, 씹힘성은 김 함량 30%까지는 증가하였지만 40%에서는 감소하였다. 조직잔사지수 또한 김 함량 30%까지는 증가하였지만 40%에서는 감소하였으며, 수용성 질소지수는 김 함량이 증가할수록 증가하였다. 김 함량 30% 압출성형공정을 거친 식물성 대체육의 아미노산 조성은 압출성형 전후를 비교하였을 때 큰 변화는 나타나지 않았다. 항산화 활성은 김 함량이 증가할수록 증가하였다. 결론적으로 김 함량이 증가할수록 항산화성은 증가하였으며 최적 김 함량은 30%로 나타났다. 김 함량에 따른 식물성 대체육 연구 결과 김의 산업적 생산소비 확대와 기능성을 고려한 기능성 식품으로 활용될 수 있을 것이다.

이 논문은 2023년도 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구임(201803932, 수산전문인력양성사업).