전 세계적으로 경제성장과 의료기술의 발달로 평균수명이 증가하고 있음에 따라 고령인의 영양과 건강 문제는 중요한 사안이다. 특히 노화로 인한 치아 결손 등의 문제로 인해 저작 및 연하장애를 상당수 겪게 되면서 고령자들 영양 섭취의 불균형을 초래한다(Jang과 Lee, 2017).

유엔식량농업기구(FAO)와 질병통제예방센터(CDC)는 80억 명에 달하는 세계 인구의 절반이 지속적으로 단백질이 부족하다고 보고했으며 대한민국 75세 이상 고령자는 단백질을 섭취함에 있어 55~59세의 50% 수준을 섭취함으로써 다른 연령층에 비해 매우 불량한 것으로 밝혀져 근감소증인 사코피니아(sarcopenia)의 위험성이 더욱 커지고 있다. 단백질 영양소의 결핍은 면역기능 저하, 상처 회복의 지연 등을 일으킬 수 있으므로 단백질이 강화된 물성제어식품 개발은 지속해서 이루어져야 한다.

물성제어식품은 음식의 기호성뿐만 아니라 고령자의 섭취 시 안정성을 위해서도 중요하다. 이에 한국산업표준(Korean Industrial Standards, KS)에서는 고령자가 섭취하기에 적합한 경도와 점도 기준을 3단계로 제시하였다. 치아 섭취가 가능한 1단계(경도 50,000~500,000 N/m²), 잇몸 섭취가 가능한 2단계(경도 20,000~50,000 N/m²), 혀로 섭취가 가능한 3단계(경도 20,000 N/m² 이하 또는 점도 1,500 mPa･S 이하)로 구분하고 있다(Korean Standards & Certification, 2020). 이렇게 확립된 기준을 반영하여 조리방법, 효소, 기타 첨가물에 따라 한국산업표준에 적합한 식감 특성에 관한 연구가 진행되었고 그 결과 질감의 변화가 노인들의 균형 잡힌 영양 섭취를 향상시킬 수 있다는 것을 보여주었다. 선행 연구 결과에 따라 현재 국내외 시장에서는 노인들을 위한 치료식이나 환자식뿐만 아니라 씹고 삼키기 쉬운 텍스쳐의 젤리로 가공하여 고령자도 섭취하는 데 부담이 없는 워터젤리, 컵젤리 등 다양한 형태로 판매 중이다. 그러나 단백질이 강화된 고령친화젤리 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 한국산업표준에 적합한 고령자용 고단백 젤리 디저트를 개발하고자 하였다.

젤리는 입안에서의 감촉이 좋아 성별과 나이에 관계없이 기호도가 높으며(Gu 등, 2020) 겔화제의 종류와 첨가 농도에 따라 다양한 물성을 부여할 수 있어 최근에는 노인용 식품으로 주목받고 있다. 어떤 형태의 틀에 굳히느냐에 따라 컵(cup), 바(bar), 스틱(stick), 판(plate), 구미(gummy) 젤리 등으로 분류되며, 스틱젤리는 겔화제를 용해시킨 내용물을 스틱 파우치에 충진하여 굳히는 과정을 통해 만들어진 것을 의미한다(Na, 2015). 스틱젤리는 다른 형태의 젤리에 비해 부피가 작아 보관과 휴대가 용이하고 간편하게 섭취가 가능하여 소비자들의 관심과 소비량이 증가하고 있으며, 제조 장치가 비교적 간단하다는 제조공정 상에 이점도 지니고 있어(Kang 등, 2014) 기능성 원료를 이용한 스틱형 젤리가 다양하게 출시되고 있다(Yi 등, 2021).

블루베리는 과실 내 페놀 성분의 활성산소 라디칼 흡수 효과(Zheng과 Wang, 2003), 산화적 스트레스 억제 효과(Joseph 등, 2000), 항산화 효과(Sellappan 등, 2002), 이뇨 작용(Howell, 2002) 등 사람들의 건강에 유익한 작용을 하는 것으로 보고되었다. 또한, 병아리콩은 아시아와 중동지역에서 재배되며, 중동지역, 지중해, 인도, 중앙아시아에서 샐러드, 수프, 스튜, 후무스 등의 다양한 요리로 이용되고 인도에서 많은 채식주의자의 식단에 중요한 단백질 급원이 된다(Akhtar와 Siddiqui, 2010; Liu, 2012; Sabapathy, 2005). 이에 블루베리와 병아리콩을 함께 소재로 선정하여 스틱 형태의 젤리를 제조한다면 고령자들의 신체 및 생리적 특성을 고려한 기능성 젤리를 개발하는 데 좋은 재료가 될 것이라 예상된다.

단백질은 생체 내 근육 합성 속도를 증가시켜 노화로 인해 근육생성 기능이 저하되는 고령자에게 필수적인 영양소이다. 단백질 급원 식품으로는 동물성 식품과 식물성 식품으로 구분되는데 소재별 체내 흡수 속도와 함유된 아미노산 차이가 있기 때문에 단백질의 혼합 섭취가 근육 합성에 더 우수한 효과를 내는지에 대해 다양한 연구가 진행되었다. 그 결과 설치류를 대상으로 유청단백과 대두단백의 혼합 섭취가 단독 섭취 시보다 더 효과적인 것을 입증하였고 젊은 성인을 대상으로 대두 및 유제품 단백질이 블렌딩된 음료가 분리대두단백질로만 이루어진 단백질 음료보다 더 근육 합성을 촉진한 것으로 보고되었다. 이에 따라 본 연구에서는 필수 아미노산이 인체에 적절하게 공급되어 근육량을 보존시킬 수 있다고 알려진 분리대두단백(isolated soy protein), 유당 및 콜레스테롤의 불순물이 제거되어 소화율이 높고 분산력, 용해성, 점성, 겔 형성, 유화성, 안정성 등의 여러 기능적 특성이 있는 분리유청단백(whey protein isolated), 근육량을 보존하고 근육 증가를 촉진하는 데 필수적인 분지아미노산(branched-chain amino acids, BCAA)을 혼합하여 고단백 젤리를 제조하고자 하였다. 또한 3종의 단백강화 소재의 최적화 비율을 도출하기 위해 심플렉스 격자 배열법(simplex lattice design)을 기반으로 분리대두단백, 분리유청단백, 분지아미노산의 첨가비율을 달리한 고단백 젤리를 제조하여 이화학적 특성 및 기호도 조사를 시행하였다. 고령친화식품 한국산업표준 물성 기준에 부합하기 위해 구아검, 겔란검, 카라기난을 사용하였으며, 이는 경도 분석을 통해 고령친화식품으로의 적용 가능성을 확인하였다. 또한 고령자를 대상으로 소비자 기호도 조사를 통해 향후 소비자들을 만족시킬 수 있는 고단백 블렌딩 비율을 도출하였다.

단백강화소재의 최적화 비율을 산출하고자 Design Expert 13 프로그램을 통해 혼합물의 구성 성분을 결합하여 실험을 시행하고 반응(종속)변수를 측정할 수 있는(Lim, 2020) 혼합물실험설계법(mixture design)을 선택하였다. 그중 심플렉스 격자 배열법을 사용하여 고단백 고령친화젤리에 적합한 단백강화소재 3종(분지아미노산, 분리대두단백, 분리유청단백)의 혼합비를 도출하였고 2차원 혼합물 실험공간 위에 나타냈다. 순수 혼합물인 3개의 꼭짓점(Vertex), 꼭짓점과 꼭짓점을 연결하는 3개의 모서리 중앙점(CentEdge), 꼭짓점과 중앙점을 연결하는 Cox 방향의 좌표축에 있는 3개의 축점(AxialCB), 그리고 면 중심점(Center)으로 총 10개의 점에 임의로 선정된 반복점인 꼭짓점을 추가하여 실험을 설계하였다. 반응변수는 고단백 고령친화젤리의 이화학적 특성과 소비자 기호도 조사 항목으로 설정하였으며 항목별 R²값이 가장 크고 P값이 0.05 미만인 것을 최적 적합 모델로 선정하여 설명력을 나타냈다.

본 연구는 위와 같은 연구설계로 3종의 단백질을 강화한 스틱형 젤리를 개발하여 고령자의 질식 위험과 영양 불균형의 개선을 목적으로 수행되었다. 이 연구의 결과는 최근 관심이 증가하고 개발 필요성이 꾸준히 요구되는 고단백 고령친화식품 제조에 있어 품질과 기호도가 우수한 제품 개발에 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료되며, 그로 인한 고령자 식품개발이 활성화되기를 기대한다.

재료

고단백 고령친화젤리 제조에 사용된 재료는 온라인 쇼핑몰 쿠팡 및 본사 홈페이지를 통해 구매하여 사용했으며, 다음과 같다.

단백강화소재: 분리대두단백(자연초), 분리유청단백(WPI 100, 데이원푸드), BCAA(뉴트리코스트)

주스: 미국산 병아리콩(대구상회 병아리콩, 대구농산(주)), 미국산 블루베리 퓨레(키키블루베리농축액, (주)이에스식품원료), 100% 65 Brix 블루베리 농축액(블루베리주스농축액, (주)이에스식품원료), 연유(서울연유, 서울우유), 하동 매실 원액(소다미 매실청, 소다미)

천연 향료: 레몬즙(솔리몬 스퀴즈드 레몬, (주)코스트코코리아), 블루베리 향(천연블루베리향, (주)이에스식품원료)

겔화제: 구아검(guar gum, (주)이에스식품원료), 겔란검(gellan gum, (주)이에스식품원료), 카라기난(carrageenan, 남영상사(주))

실험 설계

Design-Expert 13.0(Stat-Ease Inc.) 소프트웨어를 사용하여 단백강화소재의 혼합비율을 최적화할 목적으로 혼합물실험설계법에 따라 실험을 설계하였다. 젤리의 품질과 기호도에 영향을 줄 수 있는 요인을 기준으로 하여 분리대두단백, 분리유청단백, 분지아미노산을 독립변수로 설정하였고, 각 독립변수 함량의 범위는 문헌 연구와 예비실험을 바탕으로 0~12 g으로 결정하였다. 설정된 범위는 심플렉스 격자 배열법에 의해 10개의 실험점과 반복(replication) 설정을 통해 1개의 반복점이 선택되었다. 고단백 고령친화젤리의 재료 배합은 Table 1과 같다. 11가지 젤리 샘플의 품질 특성 및 기호도 특성에 대한 분리대두단백, 분리유청단백, 분지아미노산의 효과를 평가하고 최적의 배합비율을 결정하였다.

Table 1 . The formula of high protein jelly for the elderly with dysphagia with different ratio of isolated soy protein, whey protein isolated, and branched-chain amino acids (BCAA) (Unit: g).

Sample	Ingredients
	Isolated soy protein	Whey protein isolated	BCAA	Blueberry juice	Maesil extract	Sugar	Nature blueberry flavor	Purified water	Gellan gum	Guar gum	Carrageenan
1	12	0	0	80	10	7	0.4	20	0.6	0.5	0.5
2	0	12	0
3	0	0	12
4	6	6	0
5	6	0	6
6	0	6	6
7	8	2	2
8	2	8	2
9	2	2	8
10	4	4	4
11	12	0	0

샘플 준비

젤리 제조에 필요한 주스 제조를 위해 병아리콩은 냉장온도(4°C)에서 4시간 동안 물에 불려주고 끓는 물에 소금 1 t을 넣고 45분간 가열하였다. 가열하고 남은 콩물은 주스에 첨가해줬으며, 콩 껍질은 모두 벗겨 준비하였다. 또한, 블루베리 퓨레는 60 mesh의 체에 1회 걸러서 준비하였다. 주스에 필요한 재료들이 모두 준비되면 한꺼번에 넣어 갈아주었다. 이렇게 제조된 블루베리 주스와 단백강화소재를 혼합하여 끓는 물에서 1분간 중탕하여 저어가며 섞어준 후, 증류수에 용해시킨 겔란검과 카라기난, 구아검 순으로 혼합시켰다. 이때 중탕하는 주스 온도는 64±5°C였다. 열 공정이 끝난 이후 혼합액에 블루베리 향을 첨가하여 저어준 후 깔때기를 이용하여 폴리에틸렌 소재 스틱파우치(가로 4 cm×세로 20 cm)에 넣고 상온에서 30분, 냉장고에서 4시간 동안 굳혀 시료를 준비하였다. 전체 제조과정은 Fig. 1과 같다.

Fig 1. High protein jelly for the elderly with dysphagia’s preparing process.

색도

정면이 개방된 백색의 정육면체 조명 상자(40 cm×40 cm×40 cm)에 sample(3 cm, 3 cm, 1.5 cm)을 위치시킨 후 젤리의 중심 부분을 색도계(Spectrophotometer CM-3500D, Konica Minolta)를 이용하여 명도(L^*, lightness), 적색도(a^*, (+)redness/(-)greenness), 황색도(b^*, (+)yellowness/(-)blueness)를 각 3회 반복하여 측정한 후 평균값으로 나타내었다. 이때 사용한 표준백색판의 L^*, a^*, b^*값은 각각 93.56, -0.24, 3.46이었다.

pH

pH 측정을 위해 으깬 고령친화젤리 시료 5 g과 증류수 40 mL를 교반기(IKA® Vortex Genius 3, IKA)를 이용하여 충분히 섞어준 후, 교반 용액의 상등액을 취하여 pH를 측정하였다. AACC International approved method 02-52.01(AACC International, 1999)에 준하여 pH meter(Orion star A222, Thermo Scientific)로 3회 반복 측정하여 평균값을 나타내었다.

수분함량

시료 모두 동일한 조건으로 20°C에서 30분, 4°C에서 4시간 냉각하여 겔화한 것을 각 5 g 칭량 후 할로겐 수분측정기(moisture analyzer, MX-50, AND)에 넣고 105°C에서 수분함량을 측정한 후 3회 반복한 결괏값의 평균을 산출하였다.

경도

고령친화젤리의 경도(hardness)는 물성분석기(texture analyzer, TACT2i, Stable Microsystems Ltd.)를 사용하여 한국산업규격(Korean Standards & Certification, 2020)에서 제시한 제2법 조건에 따라 실시하였다. 프로브는 원형으로 직경 20 mm를 사용하였고 테스트 속도는 600 mm/min, 측정 깊이는 용기 바닥에서 5 mm가 되는 지점으로 하였다. 결괏값은 5회 반복 측정한 후 최댓값과 최솟값을 제외한 3회의 평균값으로 나타내었다.

기호도 검사

일반적으로 고령자용 식품의 연구는 만 65세 이상을 대상으로 하나, 50세 이상에서도 연하장애 발생비율이 상당수 보고되고 있으며 추후 고령친화산업을 견인할 것으로 예측되는 50~65세의 의견도 포함할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 50대 이상 남성과 여성 80명을 패널로 선정하였다. 연구대상자는 서울 소재 복지관의 게시판에 연구대상자 모집문을 게시하여 모집하였다. 본 연구의 소비자 패널은 소비자 기호도 조사 참여 의지가 있고 대두, 우유, 블루베리, 매실, 레몬, 겔화제에 대한 알레르기가 없으며 맛보고 설문지를 작성하는 데 어려움이 없는 50세 이상의 성인을 대상자로 선정하였다. 조사 방법은 자기보고식(self-report) 설문지법을 통해 설문지 문항에 대해 스스로 평가할 수 있도록 진행하였으며, 설문에 어려움이 있는 고령자는 식품영양학 전공의 훈련된 대학원생 1인이 일대일 개별 면접 조사(face to face interview) 방법을 통해 설문지에 기록하여 수집하였다. 응답에 불충분한 설문이 없어 80명(100%)의 결과 모두를 분석에 사용하였다.

소비자 기호도 조사에 사용한 고단백 고령친화젤리 11종의 시료는 조사 2일 전 제조 후 이슬 맺힘 현상을 방지하기 위하여 하얀 천에 감싸 지퍼백에 보관하여 습기 및 외부물질로부터 보호하였다. 밀봉한 상태로 냉장 보관한 후 조사 2시간 전부터 상온(20±5°C)에 보관한 것을 시료로 사용하였다. 전반적인 기호도, 외관 등 총 9가지 항목 평가에 필요한 충분한 양을 고려하여 소비자 기호도 조사 패널들에게 개발한 시료를 1개씩(20 g) 실링기로 밀봉한 투명한 스틱 파우치에 담아 제공하였으며 정확한 평가를 위하여 절반 이상을 섭취하도록 하였다. 임의의 세 자리 난수표가 부착된 11가지의 스틱젤리 시료가 무작위로 흰 쟁반(32×23 cm)에 배치되어 한 번에 모두 다 제공되었으며, 다음 시료로 넘어갈 때 45초의 휴식시간이 주어지고 6종의 시료를 섭취한 후에는 5분간의 휴식시간을 취하도록 하였다. 또한, 다음 시료의 정확한 평가를 위하여 입안의 잔여물을 없앨 수 있는 생수 1병(500 mL)과 수분함량이 매우 높아 입가심용으로 좋은 오이를 얇게 썰어 함께 제공하였다. 시료의 평가 항목으로는 전반적인 기호도, 외관, 색상/색깔, 향/냄새, 맛, 경도, 질감/식감, 목넘김으로 총 8가지 항목으로 정하여 시료에 대한 기호도를 평가하였다. 평가 방법은 7점 척도를 이용하여 7점은 ‘대단히 좋다’, 4점은 ‘보통이다’, 1점은 ‘대단히 싫다’를 표시하여 1점에서 7점으로 커질수록 높은 기호도를 표시하도록 하였다. 기호도 조사는 2022년 9월 5일부터 6일까지 이루어졌으며 조사 수행 시 연하곤란, 고령친화식품의 단어를 처음 접하는 대상자들을 고려하여 각각의 정의를 설문 문항 전에 제시하였다. 본 연구의 윤리적 고려를 위하여 이화여자대학교 생명윤리위원회(Institutional Review Board)의 승인(IRB No. ewha-202206-0034-02)을 받았으며 모든 대상자로부터 연구 참여에 대한 동의서를 받았다.

통계 분석 및 최적화

모든 실험의 통계 분석은 SPSS for Windows 22.0(SPSS Inc.)을 이용하여 평균(mean)±표준편차(standard deviation)로 표시하였다. 시료 간의 유의성 검정을 위해 일원배치 분산분석(analysis of variance; ANOVA)을 실시하여 시료 간 유의적인 차이가 있는지 알아보았다. 집단 간의 차이 검정을 위하여 던컨의 다중 범위 검정(Duncan’s multiple range test) 방법으로 P<0.05 수준에서 사후검증(post-hoc)을 수행하였다. 본 실험의 design, data 분석 및 최적화는 Design Expert 13 프로그램(Stat-Ease Inc.)을 사용하였다. 최적화 목적으로 전체 기호도의 최대화 및 이화학적 변수는 특정 조건을 고려하여 선택적으로 부가하였다. 수치 최적화(numerical optimization)와 혼합물 성분의 모형적 최적화(graphical optimization)를 통하여 소재 혼합비의 최적화를 결정하였다.

최적 배합비율 영양성분 분석

이화학적 분석 결과 및 소비자 기호도 조사 결괏값을 바탕으로 결정된 최적 혼합비로 제조한 후 서울 소재 성분분석센터에 의뢰하여 조단백, 조지방, 일반세균수 분석을 시행하였다(Report No.: R20220930-0250).

최적화 연구

독립변수의 배합비율에 따른 시료들의 품질 특성과 기호도 조사 결괏값을 각각 Table 2와 3에 나타내었다. 본 연구에서는 R²값이 가장 크고 P값이 0.05 미만인 것을 최적 적합 모델로 선정하여 항목별 설명력을 나타냈다. 이화학적 특성 중 L^*, b^*, pH, 경도에 대해서는 적합한 모델로 Linear 모델이 선정되었고 그 외에는 Quadratic 모델이 선정되었다.

Table 2 . Quality properties of high protein jelly for the elderly with dysphagia.

Sample	Color			pH	Moisture content (%)	Hardness (N/m2)
	L*-value	a*-value	b*-value
1	26.96±2.31ab1)2)	10.90±0.67a	−0.67±0.12f	4.70±0.11i	47.13±3.21a	37,476±4,240e
2	30.40±2.30bc	15.29±1.91de	−0.89±0.05ef	4.65±0.10hi	49.33±0.96abc	25,586±918bc
3	34.27±6.99c	16.77±2.55e	−2.16±0.49a	4.02±0.04a	48.64±0.64ab	18,694±718a
4	32.86±2.61bc	13.29±0.11bcd	−1.17±0.76cdef	4.58±0.02gh	47.06±2.06a	27,481±1,602c
5	31.32±2.81bc	11.95±0.52ab	−2.01±0.30ab	4.29±0.01cd	55.65±1.24d	27,654±1,431c
6	31.45±2.56bc	14.03±0.21bcd	−1.04±0.56def	4.22±0.01bc	54.78±0.44d	32,671±3,229d
7	23.97±4.20a	11.14±0.55a	−1.91±0.35ab	4.48±0.01ef	53.51±1.55cd	32,783±1,501d
8	30.47±0.14bc	13.59±1.47bcd	−1.33±0.16bcdef	4.44±0.01e	52.64±0.83bcd	21,540±4,765ab
9	33.21±2.27bc	14.33±0.80cd	−1.87±0.15abc	4.19±0.01b	56.90±1.65d	22,933±1,621abc
10	31.69±2.71bc	12.83±0.15abc	−1.71±0.41abcd	4.33±0.01d	55.54±0.71d	24,474±1,423bc
11	28.34±3.21abc	12.47±0.59abc	−1.40±0.11bcde	4.53±0.01fg	46.26±6.24a	40,916±3,749e
Model	Linear	Quadratic	Linear	Linear	Quadratic	Linear
P-value	0.1623	0.0289	0.0239	<0.0001	0.0017	0.0144
R2 3)	0.3653	0.9448	0.6069	0.9352	0.9560	0.6534
F-value	2.3	7.22	6.17	57.74	26.67	7.54

¹⁾Mean±standard deviation..

²⁾Values followed by different letters (a-i) in the same column are significantly different (P<0.05) according to Duncan’s multiple range test..

³⁾0≤R²≤1; Close to 1 indicates regression line fix the model..

Table 3 . Sensory properties of high protein jelly for the elderly with dysphagia¹⁾.

Sample	Overall liking	Appearance	Color	Smell/flavor	Taste	Hardness	Texture	Swallowing
1	4.51±1.32ab2)3)	4.61±1.22ab	4.66±1.05abc	4.39±1.15bc	4.51±1.33cd	3.91±1.40ab	4.18±1.48a	4.53±1.35a
2	5.11±1.01d	4.70±1.06abc	4.75±1.00bc	4.85±1.04de	5.13±0.95e	5.03±1.08f	4.95±1.03d	5.38±1.02bcd
3	4.18±1.31a	4.38±1.32a	4.53±1.28ab	4.00±1.26a	3.75±1.38a	4.18±1.21abc	4.48±1.16abc	4.45±1.26a
4	4.96±0.97cd	4.73±1.08abc	4.71±0.96abc	4.98±0.98de	4.94±0.95e	4.84±0.88def	4.88±0.86d	5.16±0.86b
5	4.33±1.18ab	4.58±1.14ab	4.34±1.17a	3.95±1.30a	4.30±1.27bc	4.28±1.23bc	4.29±1.14ab	4.66±1.11a
6	4.43±1.04ab	4.50±1.07ab	4.49±1.10ab	4.20±1.18ab	4.24±1.27bc	4.55±1.04cde	4.45±1.03abc	4.48±1.20a
7	5.20±1.07d	5.05±0.99c	4.69±0.98abc	5.04±1.04e	5.11±1.03e	4.91±1.03ef	4.83±0.99cd	5.55±1.09cd
8	4.99±0.99cd	4.65±0.99ab	4.98±1.11c	5.15±1.08e	4.79±1.11de	4.49±0.95cd	4.75±1.07cd	5.61±0.86d
9	4.26±1.18ab	4.68±0.99abc	4.56±1.11ab	4.43±1.26bc	4.08±1.22ab	4.30±1.13bc	4.33±1.12ab	4.70±1.11a
10	4.63±1.10bc	4.64±1.13ab	4.36±1.12ab	4.63±1.14cd	4.23±1.20bc	4.20±1.11abc	4.68±0.98bcd	4.61±1.17a
11	4.34±1.36ab	4.86±1.02bc	4.75±1.01bc	4.80±1.04de	5.03±1.04e	3.84±1.29a	4.34±1.40ab	5.20±1.00bc
Model	Linear	Linear	Linear	Linear	Linear	Linear	Linear	Linear
P-value	0.0178	0.0986	0.1554	0.0426	0.0016	0.0488	0.0331	0.0852
R2 4)	0.6348	0.4396	0.3722	0.5457	0.8004	0.5300	0.5735	0.4598
F-value	6.95	3.14	2.37	4.81	16.04	4.51	5.38	3.4

¹⁾7-Point Likert scale (7=highest, 1=lowest)..

²⁾Mean±SD..

³⁾Values followed by different letters (a-f) in the same column are significantly different (P<0.05) according to Duncan’s multiple range test..

⁴⁾0≤R²≤1; Close to 1 indicates regression line fix the model..

색도

색상은 소비자의 기호도에 영향을 미치는 큰 요소 중 하나이기 때문에 단백강화소재에 따른 샘플의 색상 차이가 있는지 알아보기 위해 측정하였다. L^*값의 경우 분리대두단백 비율이 66%, 분리유청단백 비율이 17%, 분지아미노산 비율이 17%인 7번 시료가, a^*값의 경우 분리대두단백의 비율이 100%인 1번 시료가 가장 낮았다. Bae와 Rhee(1998)의 분리대두단백질을 첨가한 제면특성 연구에서 분리대두단백질 첨가량이 많을수록 명도는 낮다는 보고와 같은 경향이었다. 또한, L^*값과 a^*값 모두 분지아미노산의 비율이 100%인 3번 시료가 가장 높은 것으로 나타나 분지아미노산의 첨가는 L^*값과 a^*값 증가에 영향을 미치는 것으로 판단된다. b^*값의 경우 분리대두단백의 비율이 100%인 1번 시료가 가장 높았고 분지아미노산 비율이 100%인 3번 시료가 가장 낮은 것으로 나타나 분리대두단백의 첨가는 고령친화젤리의 b^*값 증가에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 이것은 Park과 Lee(2005)의 분리대두단백질을 첨가한 쌀국수의 제면특성 및 개발 연구에서 분리대두단백질 첨가량이 많을수록 b^*값이 낮다는 보고와 다른 결과였다. 샘플의 L^*값, a^*값, b^*값의 평균값은 각각 31.12±2.51, 13.3±0.59, -1.46±0.35이다. L^*값의 경우 P<0.05 수준에서 유의하지 않은 것으로 나타나 단백강화소재에 따른 값의 차이는 나타나지 않았다. 값에 대한 소재별 영향을 설명하는 polynomial equation은 a^*와 b^*에 대해 결정되었으며 다항식은 (1)과 (2)에 표시되었다. 혼합물실험설계법에서 색도에 대한 결과를 contour plots로 나타낸 것은 Fig. 2와 같다.

Fig 2. Contour plot of L* (lightness) (a), a* (redness) (b), and b* (blueness) (c). A: isolated soy protein, B: whey protein isolated, C: branched-chain amino acids.

a^*＝9.5A＋12.9B＋14.1C－0.084AB－0.61AC－0.554BC (1)

b^*＝−1.1A－0.7B－1.9C (2)

A: 분리대두단백, B: 분리유청단백, C: 분지아미노산

분리대두단백(A)의 첨가비율이 증가할수록 a값이 감소한 반면, 분리유청단백, 분지아미노산의 첨가비율이 증가할수록 a값이 증가한 것으로 나타났다. 제조 시 사용된 단백강화소재 각각의 a값을 측정한 결과 분리대두단백의 a값은 -0.22, 분리유청단백의 a값은 0.09, 분지아미노산의 a값은 2.31이었다. 본 실험에서 제조된 젤리 시료는 단백질 비율만 달리하고 부재료, 조리 시간, 온도 등에 차이를 두지 않았기 때문에 고령친화젤리의 a값 결과는 각각 다른 아미노산 소재로부터 기인한 것으로 예상된다. 따라서 분리대두단백 본래의 a값이 가장 낮아 젤리에 첨가되었을 때 샘플의 a값이 낮아진 것으로 판단된다.

pH

본 연구에서 제조한 샘플의 pH값은 4.02~4.7의 범위로 국내에서 시판되고 있는 스틱젤리의 pH값이 4.17로 보고한 선행 연구 결과와 유사한 수준이었고 모든 시료는 식품공전(MFDS, 2024)에서 규정하고 있는 캔디류의 총산(구연산으로서 6.0 미만) 기준에 적합하였다. 분지아미노산의 비율이 100%인 3번 시료가 가장 낮았고 분리대두단백 비율이 100%인 1번 시료가 가장 높은 것으로 나타나 분지아미노산의 첨가는 고령친화젤리의 pH 감소에 영향을 미치는 것으로 판단된다. pH 반응에 대한 독립변수의 영향력은 (3)의 다항식으로 표시되었으며 contour plots로 나타낸 결과는 Fig. 3과 같다.

Fig 3. Contour of pH. A: isolated soy protein, B: whey protein isolated, C: branched-chain amino acids.

pH＝3.8A＋3.8B＋3.3C (3)

A: 분리대두단백, B: 분리유청단백, C: 분지아미노산

분지아미노산의 첨가비율이 증가할수록 pH가 감소하고 분리대두단백, 분리유청단백의 첨가비율이 증가할수록 pH가 증가하였다. 젤리 제조 시 pH는 젤리의 신맛을 결정짓는 요소이다. 노인들은 5가지 맛 중 신맛을 가장 덜 선호하는 경향(Han 등, 1998)이 있으므로 분지아미노산 외 분리대두단백, 분리유청단백 소재를 사용함으로써 산도로 인한 기호도 저하를 줄일 수 있을 것으로 보인다.

수분함량

본 연구에서 제조한 젤리의 수분함량은 46.26~56.9% 범위로 측정되었다. 이는 Kim과 Kim(2005)의 곶감 젤리 연구에서 6.74~14.03%, Yu 등(2008)의 복분자 젤리 연구에서 19.0%, Kim 등(2007)의 동충하초 젤리 연구에서 측정된 13.11%보다 현저하게 높은 값을 보였다. Joo 등(2015)의 연구에 따르면 젤리의 수분함량은 첨가되는 원료의 종류와 형태, 부재료의 종류와 첨가량, 제조 방법 등 여러 요인에 의해 차이를 보인다고 보고된 바 있다. 앞선 연구에서 당류를 굳히기 위해 사용된 겔화제는 한천, 젤라틴, 펙틴이고 본 연구에서 사용된 겔화제는 카라기난, 구아검, 겔란검을 혼합하여 사용하였다. 카라기난, 구아검, 겔란검은 상당한 양의 물을 보유할 수 있는 수산기(OH)가 풍부한 친수성 콜로이드이기 때문에 수분보유력이 높아 다른 연구에서 제조된 젤리보다 높은 수치의 수분함량이 도출된 것으로 사료된다. 이와 같은 결과는 고령자가 일반 성인보다 탈수로 인해 발생하는 문제에 더 취약하다는 점을 감안할 때 수분 보충용 디저트로도 적합할 것으로 예상된다. 실험 결과 분리대두단백 비율이 100% 첨가된 11번 시료의 수분함량이 가장 낮았고 분리대두단백 비율이 17%, 분리유청단백 비율이 17%, 분지아미노산 비율이 66% 첨가된 9번 시료가 가장 높은 것으로 나타나 분리대두단백 소재의 첨가는 고령친화젤리의 수분함량 감소에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 수분함량의 반응변수에 대한 분리대두단백(A), 분리유청단백(B), 분지아미노산(C)의 효과는 다항식 (4)로 나타났다. 또한 수분함량에 대한 결과를 contour plots로 나타낸 결과는 Fig. 4와 같다.

Fig 4. Contour of moisture content. A: isolated soy protein, B: whey protein isolated, C: branched-chain amino acids.

수분함량＝38.9A＋40.8B＋40.6C＋0.00273AB＋ 2.54629AC＋1.87617BC (4)

분리대두단백, 분리유청단백의 첨가비율이 증가할수록 수분함량이 감소하였다. 이는 Bae와 Rhee(1998)의 분리대두단백질을 첨가한 제면특성 연구에서 분리대두단백질의 첨가량이 많을수록 수분결합 능력이 낮다는 보고와 같은 결과였다.

경도

단백 소재의 배합비율을 달리하여 제조된 고령친화젤리의 경도는 샘플별 유의적인 차이가 나타났다(P<0.05). 경도는 18,694~40,916 N/m² 범위의 값으로 개발된 시료 모두 고령친화식품 한국산업표준 품질규격 2단계(잇몸섭취)에 준하였다. 한국은 고령친화식품의 제도적 기반 마련을 위한 기준･규격 신설을 추진하여 2017년 12월 29일 농림축산식품부에서 운영 및 관리하는 한국산업표준을 제정하였다. 고령친화식품을 고령자의 식품 섭취나 소화 등을 돕기 위해 식품의 물성을 조절하거나 소화에 용이한 성분이나 형태가 되도록 가공한 식품으로 규정하고, 물성 특성을 기반으로 3단계로 나누어 구분･표시하고 있다.

한편, 국제연하장애식 표준화협회(International Dysphagia Diet Standardization Initiative, IDDSI)는 각 나라의 기준을 참고로 하여 스푼과 포크, 주사기를 이용한 검증 방법을 제시하였다. 그 결과 질감 변형 식품(texture-modified foods) 및 액상(liquids) 식이에 대한 저작-연하 단계를 8단계(0~7단계)로 분류하였다.

IDDSI 기준으로 적용 시 본 연구에서 개발한 고령친화젤리는 texture analyser와 IDDSI의 포크 압력 테스트의 상관관계를 연구한 선행 연구에 따라 IDDSI의 7단계 범주에 속하는 것으로 나타났다.

경도에 대한 독립변수 각각의 영향력은 다항식 (5)로 표시했다. 또한 경도에 대한 결과를 contour plots로 나타낸 결과는 Fig. 5와 같다.

Fig 5. Contour of hardness. A: isolated soy protein, B: whey protein isolated, C: branched-chain amino acids

경도＝30988A＋20580.6B＋17186.7C (5)

A: 분리대두단백, B: 분리유청단백, C: 분지아미노산

분리유청단백과 분지아미노산의 첨가비율이 증가할수록 경도가 감소하였고 분리대두단백의 첨가비율이 증가할수록 경도가 증가하였다. 수분함량 특성 결과와 경도 특성 결과를 비교 분석했을 때, 분리대두단백 비율이 100%인 시료의 수분함량이 가장 낮고 경도가 가장 높게 나왔다. 이는 수분함량이 낮을수록 젤리의 경도가 높게 나타난다는 Kim과 Hwang(2022)의 연구와 비슷한 경향을 보였다.

기호도 조사

11가지 고령친화젤리 샘플의 기호도 해당 항목의 회귀식 유의성 검정 결과, 전반적인 기호도, 향/냄새, 경도, 질감/식감은 P<0.05 수준에서, 맛 기호도는 P<0.01 수준에서 유의한 것으로 나타났다. 반면 외관, 색상, 목넘김의 기호도 항목은 유의하지 않았다(P>0.05). 이화학적 특성 중 L^*값에서도 유의적인 차이가 나타나지 않았듯이(P>0.05), 패널들도 외관과 색상에서 차이를 못 느낀 것으로 판단된다. 다음은 각각의 기호도 항목에 대한 분리대두단백(A), 분리유청단백(B), 분지아미노산(C)의 영향력이 표시된 다항식이다[식 (6)~(10)]. 또한 기호도 항목에 대한 결과를 contour plots로 나타낸 것은 Fig. 6과 같다.

Fig 6. Contour plot of overall liking (a), appearance (b), odor (c), taste (d), swallowing (e), color (f), texture (g), and hardness (h). A: isolated soy protein, B: whey protein isolated, C: branched-chain amino acids.

전반적인기호도＝3.9A＋4.3B＋3.4C (6)

향/냄새기호도＝3.9A＋4.3B＋3.3C (7)

맛기호도＝4.1A＋4.2B＋3.1C (8)

경도기호도＝3.4A＋4.2B＋3.5C (9)

질감/식감기호도＝3.7A＋4.2B＋3.6C (10)

전반적인 기호도의 경우, 분리대두단백 66%, 분리유청단백 17%, 분지아미노산 17%가 첨가된 7번 시료가 가장 높은 것으로 나타났으며, 분지아미노산이 100% 첨가된 3번 시료가 기호도가 가장 낮았다. 가장 큰 영향을 주는 소재는 분리유청단백이며 분지아미노산의 첨가비율이 증가할수록 전반적인 기호도가 감소한 반면, 분리유청단백의 첨가비율이 증가할수록 전반적인 기호도가 증가하였다. 향/냄새 기호도의 경우 분리대두단백 17%, 분리유청단백 66%, 분지아미노산 17%가 첨가된 8번 시료가 가장 높았고 분리대두단백 50%, 분지아미노산 50%가 첨가된 5번 시료가 가장 낮은 것으로 나타났다.

맛 기호도의 경우, 분리유청단백 100%가 첨가된 2번 시료가 가장 높은 것으로 나타났으며 분지아미노산이 100% 첨가된 3번 시료가 가장 낮은 것으로 조사되었다. 향/냄새 기호도와 맛 기호도에 가장 큰 영향을 주는 소재는 분리유청단백이며 분리대두단백, 분리유청단백이 증가할수록 기호도가 증가하였고 분지아미노산의 첨가비율이 증가할수록 향/냄새의 기호도가 감소하였다. 한국을 비롯한 아시아권의 경우 두류를 통한 단백질 섭취가 많았고 우유를 비롯한 유제품에 대한 수요 증가로 분리유청단백의 향미에 대한 기호도가 증가한 것으로 생각된다. 경도 기호도의 경우, 분리유청단백 100%가 첨가된 2번 시료가 가장 높았고 분리대두단백이 100% 첨가된 11번 시료가 가장 낮은 것으로 나타났다. 가장 큰 영향을 주는 소재는 분리유청단백이며 분리대두단백, 분지아미노산의 첨가비율이 증가할수록 경도 기호도가 감소하는 반면, 분리유청단백의 첨가비율이 증가할수록 기호도가 증가하였다. 이화학적 특성 중 경도 결과에서 분리대두단백 소재가 100% 첨가된 시료의 경도값이 가장 높았고 분지아미노산 소재가 100% 첨가된 시료는 경도값이 가장 낮았다. 이와 기호도를 비교 분석해볼 때, 소비자들은 너무 부드럽거나 단단한 시료를 비선호하는 것을 알 수 있었다.

질감/식감 기호도의 경우, 분리유청단백 100%가 첨가된 2번 시료가 가장 높고 분리대두단백이 100% 첨가된 1번 시료가 가장 낮게 나타났다. 가장 큰 영향을 주는 소재는 분리유청단백이며 분리대두단백, 분지아미노산의 첨가비율이 증가할수록 질감/식감 기호도가 감소하였고 분리유청단백의 첨가비율이 증가할수록 질감/식감 기호도가 증가하였다. 질감/식감은 전반적 기호도와 관련이 있다고 보고된 이전 연구 결과와 같이 본 연구에서도 분리유청단백 소재의 첨가로 인해 질감/식감 기호도와 전반적 기호도 또한 높아진 것으로 확인되었다. 8개의 기호도 항목 중 전반적인 기호도, 외관 기호도, 맛 기호도, 목넘김 기호도에서 분지아미노산이 100% 첨가된 3번 샘플이 가장 낮은 결과로 나타나, 분지아미노산의 첨가는 소비자들의 기호도를 낮추는 요인으로 작용하는 것을 알 수 있었다. 이는 L-류신, L-이소류신, L-발린이 포함된 분지아미노산의 쓴맛과 아린 냄새 특성으로 인해 기호도가 낮아진 것으로 판단된다.

고령친화젤리 배합비 최적화

고단백 고령친화젤리의 최적화를 위해 독립변수인 분리대두단백와 분리유청단백, 분지아미노산은 최대치로 설정하였다. 경도, 색도의 결괏값은 범위 내로 설정하였고 수분함량과 pH는 높을수록 고령자에게 적합한 특성을 띠는 항목이므로 최대치로 설정하였다. 기호도 조사 결과인 전반적 기호도, 외관 기호도, 색상 기호도, 향/냄새 기호도, 맛 기호도, 경도 기호도, 질감/식감 기호도, 목넘김 기호도는 모두 높을수록 긍정적인 특성을 보이는 항목이므로 최대치로 설정하여 수치 최적점(numerical optimized point)을 예측하였다. 예측된 최적점은 분리대두단백 2.04 g, 분리유청단백 8.76 g, 분지아미노산 1.2 g으로 나타났으며, desirability는 0.526인 것으로 분석되었다.

최적배합비율 영양성분 분석

최적 배합비로 제조한 고령친화젤리의 일반성분 분석 결과 100 g당 조단백은 13.48 g, 지방은 1.36 g, 일반세균수는 5 CFU/g으로 나타났다. 결론적으로 한국 식품의약품안전처(식품 100 g당 단백질 11 g 이상)와 중국 국가위생기관(100 g당 단백질 12 g 이상)에서 고시한 ‘고단백’ 식품표시기준을 충족하였다. 또한 한국 식품첨가물공전에서 제시한 젤리류 밀봉제품에 대한 기준 규격(n=5, c=2, m=10,000, M=50,000)에 적합한 것으로 나타났다.

본 연구는 전 세계적으로 고령 인구가 증가하고 있음에 따라 대두되는 노인기의 건강 문제를 고려하여 물성을 조절하고 단백질을 강화한 고령친화젤리 개발을 목적으로 하였다. 고령인들에게 필요한 단백강화소재 3종을 선정하여 분리대두단백, 분리유청단백, 분지아미노산의 배합비율을 달리한 고령친화젤리를 제조하였다. 외관 기호도를 제외한 나머지 모든 항목에 가장 큰 영향을 주는 독립변수는 분리유청단백이며, 분리유청단백의 비율이 증가할수록 기호도가 증가하는 것으로 나타났다. 반대로 trace plot에서 중심점을 기준으로 분지아미노산을 첨가할수록 모든 기호도가 감소하는 결과가 나왔다. 이로써 분지아미노산 소재는 기호도를 낮추는 요인으로 작용하는 것을 알 수 있었다. 분지아미노산의 쓴맛과 아린 성질로 인해 이와 같은 결과가 나타난 것으로 사료된다. 또한 이화학적 특성 중 경도 결과에서 분리대두단백 소재가 100% 첨가된 시료의 경도값이 가장 높았고 분지아미노산 소재가 100% 첨가된 시료는 경도값이 가장 낮았다. 이와 기호도를 비교 분석해볼 때, 소비자들은 너무 부드럽거나 단단한 시료를 비선호하는 것을 알 수 있었다. 위 결과를 바탕으로 품질 특성과 소비자 기호를 고려한 최적의 배합비율은 분리대두단백 분말 함량 2.72 g, 분리유청단백 분말 함량 7.91 g, 분지아미노산 분말 함량 1.37 g으로 산출되었다. 최적의 배합비로 제조한 고령친화젤리의 일반성분 분석 결과 100 g당 조단백은 13.48 g, 지방은 1.36 g, 일반세균수는 5 CFU/g으로 나타났다. 이는 식품의약품안전처 식품표시기준 중 고단백 기준인 식품 100 g당 단백질 11 g 이상을 충족하였으며, 식품첨가물공전에서 제시한 젤리류 밀봉제품에 대한 기준 규격에 적합한 것으로 나타났다. 본 연구는 분리대두단백, 분리유청단백, 분지아미노산을 활용하여 고단백 고령친화젤리를 개발한 후 이화학적 특성 및 소비자의 기호를 고려하여 최적화 비율을 도출해 냈다는 점에서 의의가 있으나 한계점은 다음과 같다. 본 연구에서 모집한 대상자들은 연하곤란 환자들이 아닌 정상 범주에 속하는 대상자들이 대부분이었기 때문에 고령친화식품의 섭취 필요성을 느끼지 못하고, 정보를 아예 들어보지 못한 대상자가 많았던 것으로 판단된다. 추후 비슷한 연구를 진행할 경우에는 대상자 모집 및 분류를 연하곤란군과 정상군으로 명확하게 한다면 식품에 대한 기호 및 니즈면에서 더 좋은 연구 결과를 도출해 낼 수 있을 것이라 사료된다. 본 연구는 향후 단백강화소재를 활용한 다양한 고부가가치 식품개발뿐만 아니라 고령자에게 적합한 물성 단계로 제조하기 위해 겔화제의 선택 및 첨가 농도를 결정하는 데 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 기대된다.

본 연구는 농림기술기획평가원 고부가가치식품 기술개발사업부의 미래대응식품 [메디푸드 분야] 연구비 지원에 의해 수행되었으며 이에 감사드립니다.