소득과 인구 증가로 인하여 전 세계적으로 육류 소비량은 증가하였으며, 식량농업기구(FAO)는 2050년에 육류 소비량이 455만 톤에 이를 것으로 예측하였다(Alexandratos와 Bruinsma, 2012). 육류 소비의 증가로 가축 생산을 위해 세계 농경지의 약 75%가 사용되며(Bonnet 등, 2020), 가축에 의해 배출되는 온실가스는 전 세계 배출량의 15%를 차지한다(Yun 등, 2021). 또한 지속적인 육류 섭취는 대장암과 심혈관 질환 발병률을 증가시키므로 세계보건기구(WHO)는 육류의 섭취 제한을 권장한다(Godfray 등, 2018). 따라서 이러한 환경오염과 건강 문제 등에 대한 해결 방안으로 대체육에 관한 연구가 활발해지고 있다(Oh 등, 2021).

대체육에는 세포를 배양한 배양육과 식물성 단백질을 기반으로 한 식물성 대체육이 있다(Jung 등, 2021). 그중 식물성 대체육은 식물에서 추출한 단백질을 이용하여 육류의 구조적, 영양적 특성을 재현한 것으로(Kyriakopoulou 등, 2021), 현재 대체육 시장에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다(Bohrer, 2019). 식물성 대체육을 조직화하는 주요 방법인 압출성형공정은 원료의 수분, 온도, 전단력을 통한 단백질의 변성과 상변화를 통해 육고기와 유사한 섬유상의 구조를 형성할 수 있으며, 제품의 특성을 목적에 맞게 조절할 수 있다(Cho 등, 2023; Choi 등, 2022). 수분함량과 사출구의 형태에 의해 크게 저수분 압출성형과 고수분 압출성형으로 구분된다. 수분함량 10~35% 저수분 압출성형은 길이가 짧은 사출구를 사용하여 팽화된 구조의 대체육을 생산하며, 건조 후 보관하여 제품으로 제조되기 전 수화과정을 거친다. 반면, 수분함량 40~80% 고수분 대체육은 긴 냉각 사출구를 사용하여 팽화되지 않은 섬유상 구조의 대체육을 생산하고, 외관과 식감이 조리된 육류와 유사하다(Gu와 Ryu, 2017; Samard 등, 2019). 식물성 대체육을 제조하기 위해 사용되는 원료로는 대두단백, 완두단백, 밀 글루텐 등이 주로 사용된다(Wang 등, 2023).

글루텐(밀 전분의 부산물)은 단백질의 가교결합과 반죽 형성 능력을 촉진하여 반죽의 점도와 팽창에 관여하고(Kyriakopoulou 등, 2021), 이황화 결합을 통해 네트워크 구조를 생성하여 대체육의 섬유상 구조를 형성한다(Kendler 등, 2021). 그러나 글루텐이 자가면역 질환인 셀리악병, 글루텐 알레르기 등의 원인으로 밝혀지고, 건강과 웰빙에 관한 관심 증가로 인해 글루텐 프리 식품에 대한 수요가 증가하고 있다(Machado 등, 2023; Zhang 등, 2022a).

쌀은 전 세계적으로 소비되는 주식 중 하나로 아시아에서 약 95%가 생산되며, 글루텐과 비교하여 필수아미노산 함량인 라이신의 함량이 높다(Bhattacharjee 등, 2002; Shoaib 등, 2018). 또한 저알레르기성 특징과 항암효과, 항산화 효과 등 다양한 생리활성 기능을 나타내어 쌀 케익(Yun 등, 2015), 쌀 면(Jung과 Yoon, 2016), 쌀 쿠키(Lee와 Lim, 2013) 등 글루텐을 대체하여 쌀을 활용한 식품개발 연구가 활발히 진행되고 있다(Roy 등, 2023; Yang 등, 2023). 대체육에서 쌀 단백질과 콩 단백질을 혼합하여 사용할 경우 영양상으로 상호 보완할 수 있으며(Pattanaik과 Kore, 2022), Shoaib 등(2018)은 쌀 단백질의 첨가는 대체육의 조직감을 개선한다고 보고하였다.

현재까지 쌀 단백질을 활용한 대체육에 관한 선행 연구가 존재하지만 글루텐이 첨가되어 있으며, 쌀 단백질을 활용한 글루텐 프리에 관한 연구는 아직 진행되지 않았다. 또한 현재 식물성 육류 산업은 주로 버거 패티, 소시지 등 서구화된 식품개발에 집중해 왔으며, 떡갈비, 불고기 등 국내 제품을 타겟으로 한 제품은 아직 미비한 실정이다(Ismail 등, 2020; Lee 등, 2021).

이에 본 연구는 고수분 압출성형을 이용하여 분리쌀단백 함량에 따른 글루텐 프리 대체육 중간 소재의 이화학적 특성과 이를 활용한 식물성 장조림의 품질특성을 살펴보았다.

재료

본 실험에서는 분리쌀단백(Vedan Vietnam Enterprise Co., Ltd.), 분리대두단백(Pingdingshan Tian Jing Plant Albumen Co., Ltd.), 옥수수 전분(Samyang Ltd.)을 원료로 사용하였다. 식물성 장조림의 원료는 진간장(Daesang Co., Ltd.), 흑설탕(CJ Cheiljedang Co., Ltd.), 다진 마늘, 청양고추를 마트에서 구매하였다. 대조군으로 사용한 장조림의 원료는 외국산 홍두깨살을 마트에서 구입하여 사용하였다.

대체육 압출성형공정

본 실험은 동방향 쌍축 압출성형기(THK31-No. 6, Incheon Machinery Co.)를 사용했고, 스크루의 직경은 30 mm, 직경과 길이의 비(L/D ratio)는 23:1이며, 사용한 압출성형기의 냉각 다이와 스크루 구조는 Fig. 1과 같다. 각각의 배럴 구역 온도는 전열기와 냉각수를 이용하여 조절했다. 분리쌀단백의 함량에 따른 고수분 압출성형 대체육 제조를 위한 원료의 배합비는 Table 1에 나타내었다. 압출성형 공정변수는 원료 투입량 100 g/min, 수분함량 60%, 스크루 회전속도 200 rpm, 배럴 온도 170°C로 고정했다. 고수분 압출성형으로 제조된 대체육은 밀봉한 후 4°C의 냉장고(FR-S690FXB, Klasse Auto Co., Ltd.)에서 보관하였다.

Table 1 . Formulation of extruded high-moisture gluten-free meat analog with different rice protein isolate content.

Rice protein. isolate (%).	Soy protein. isolate (%).	Corn starch. (%).
0. 15. 30. 45. 60.	90. 75. 60. 45. 30.	10.

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

압출 성형한 대체육은 가로 1 cm, 세로 1 cm 크기로 절단하여 물리적 특성을 측정하였으며, 화학적 특성은 -60°C에서 72시간 동안 동결 건조하여 가정용 분쇄기(FM-909T, Hanil)를 이용해 분쇄하고 50과 70 mesh 사이의 분말을 사용하여 수용성 질소 지수(nitrogen solubility index)를 측정하였다.

식물성 장조림 제조

압출성형 글루텐 프리 대체육을 활용한 식물성 장조림은 Fig. 2의 방법으로 제조하였다 고수분 압출성형으로 사출된 대체육 125 g과 물 375 mL를 냄비에 넣은 후 휴대용 가스레인지(Living on SW-700, Suntouch Co., Ltd.)를 이용하여 5분 동안 가열하였다. 삶아진 대체육을 손으로 찢은 후 물 450 mL, 간장 42 mL, 다진 마늘 30 g, 후추 10 g, 흑설탕 16 g, 청양고추 8 g을 넣어 20분간 끓였다. 대조군으로 사용된 홍두깨살은 동일한 방법으로 제조하였고, 완성된 식물성 장조림과 대조군을 관능 평가에 사용하였다. 또한 고수분 대체육을 1.0×1.0×1.0 cm 크기로 자른 후 동일한 방법으로 제조하여 조직감과 가열 수율 측정에 사용하였다.

Fig 2. Flow diagram of preparation for plant-based jangjorim.

외관

외관은 iPhone 11 휴대용 카메라를 이용하여 원본 비율로 촬영하였다. 섬유상의 구조는 가로 6 cm, 세로 9 cm로 자른 대체육의 측면을 가정용 칼을 이용하여 반으로 가른 후 외관과 동일한 카메라를 이용하여 촬영하였다.

보수력

고수분 압출성형 대체육이 수분을 보유하고 있는 정도를 측정하기 위해 보수력(water holding capacity)을 측정하였다. 대체육 약 5 g(dry basis)을 증류수 100 mL에 넣어 60°C로 설정한 water bath에서 16시간 동안 수화시킨 후 상온에서 20 mesh 체를 사용해 15분 동안 물을 제거하여 무게를 측정했다. 수화 전 대체육의 무게와 수화 후 대체육의 무게를 사용하여 식 (1)로 값을 산출하였다.

조직감

대체육과 식물성 장조림의 조직감은 Sun Rheometer (Compac-100Ⅱ, Sun Sci., Co.)를 사용하여 측정하였다. 고수분 압출성형 대체육을 probe(직경 2.5 cm)를 이용해 최대 응력 10 kg에서 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 씹힘성(chewiness)을 6회 반복 측정하였다. Trinh과 Glasgow(2012)가 사용한 식에서 식 (2), (3), (4)를 이용하여 조직감을 계산 후 평균값을 산출하였다. 절단 강도(cutting strength)는 대체육에 한하여 cutting probe(7.5 mm×38.3 mm)를 이용해 최대 응력 2 kg에서 6회 반복 측정하였으며, 식 (5)를 통해 절단 강도를 계산 후 평균값을 산출하였다.

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 대체육의 조직 유지 정도를 평가하기 위해 Gu와 Ryu(2017)의 방법을 응용하여 조직잔사지수(integrity index)를 측정하였다. 약 5 g(dry basis)의 대체육을 증류수 100 mL에 넣고, 121°C에서 15분간 가압, 가열한 후 흐르는 물에 30초 동안 냉각시켰다. 증류수 100 mL가 담긴 비커에서 homogenizer(IKA-T10B, IKA Co.)를 사용하여 17,450 rpm에서 1분간 균질화하고 20 mesh 체를 사용하여 분리하였다. 분리된 잔사는 105°C에서 12시간 건조 후 식 (6)을 통해 값을 산출하였다.

수용성 질소 지수

대체육 시료의 수용성 질소 지수는 Caprita 등(2010)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 원심분리하여 0.05 mL의 상등액을 얻고 Starcher(2001)의 방법으로 ninhydrin을 사용하여 수용성 질소 함량을 측정했다. 총질소 함량은 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 얻어 ninhydrin을 사용하여 식 (7)을 통해 값을 산출하였다.

가열 수율

식물성 장조림의 가열 수율은 1.0×1.0×1.0 cm의 크기로 자른 후 조리하여 실험하였다. 조리 후 15분간 방랭하여 조리 전 식물성 장조림의 무게와 조리 후 식물성 장조림의 무게를 각각 3회씩 측정한 후 Biswas 등(2006)의 방법을 이용하여 식 (8)을 통해 값을 산출하였다. 대조군으로는 홍두깨살을 식물성 장조림과 동일하게 제조하여 사용하였다.

W₁: Weight of the plant-based raw jangjorim weight

W₂:Weight of the plant-based cooked jangjorim weight

관능 평가

관능 평가는 공주대학교 재학생 40명을 대상으로 하였으며, 교내 생명윤리위원회(Institutional Review Board; IRB)에서 승인받았다(IRB 승인 번호: KNU_IRB_2024-032). 검사 전 패널들에게 실험 목적 및 주의 사항과 검사방법을 설명한 후 검사를 진행하였다. 식물성 장조림을 조리하여 분리쌀단백 함량에 따라 임의 번호를 부여하고 동일한 흰색 종이컵에 담아 생수와 함께 제공하였다. 측정 항목은 색(밝다 1점, 어둡다 9점), 외관(먹음직스럽지 않다 1점, 먹음직스럽다 9점), 맛(맛없다 1점, 맛있다 9점), 식감(부드럽다 1점, 단단하다 9점), 콩의 이취(진하다 1점, 매우 옅다 9점), 전반적인 기호도(매우 나쁘다 1점, 매우 좋다 9점)를 9점 척도로 평가하였다. 대조군으로는 홍두깨살을 식물성 장조림과 동일하게 제조하여 사용하였다.

통계 처리

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

외관

분리쌀단백 함량에 따른 고수분 압출성형 대체육의 섬유상 구조와 식물성 장조림의 외관을 Fig. 3에 나타내었다. 고수분 압출성형에 사용하는 냉각 다이로 인해 수분의 증발과 팽창을 방지하여 압출물을 단단하고 조밀한 구조로 조직화하여, 고수분 대체육에서 기공이 없는 섬유상의 구조가 생성된 것으로 판단된다(Guyony 등, 2022). 반면 분리쌀단백 함량 60%에서는 섬유상의 구조가 형성되지 않았는데 이는 분리대두단백에 비해 분리쌀단백의 열적 안정성이 높아 단백질이 분해되어 섬유상의 구조를 형성하지 못해 섬유상의 구조가 감소한 것으로 판단된다(Zhao 등, 2014).

Fig 3. Appearance and fibrous structure of extruded high-moisture gluten-free meat analog and plant-based jangjorim with different rice protein isolate content. ¹⁾Control is beef jangjorim.

Elzerman 등(2011)의 연구 결과에 따르면 소비자들은 식물성 대체육 구매 시 대체육의 모양, 형태, 외관 등에 영향을 많이 받으며, 이러한 요소들은 소비자들에게 긍정적이고 익숙하게 상기시켜 새로운 음식에 대한 수용도를 높여준다고 보고하였다. 분리쌀단백 함량이 증가할수록 육고기 장조림과 비슷한 외관으로 인하여 소비자가 식물성 대체육 제품 구매 시 긍정적인 요소로 작용할 것으로 사료된다. 분리쌀단백 함량이 증가할수록 응집성이 감소하였으며, 이는 글루텐 프리 대체육 중간 소재 결과와 일치하였다.

결론적으로 섬유상의 구조는 분리쌀단백 함량 30%가 가장 좋았으며, 식물성 장조림의 외관은 분리쌀단백 함량이 증가할수록 대조군과 유사하였다.

보수력

대체육에서의 보수력은 단백질이 수분을 보유하고 단백질 겔 네트워크를 형성하는 능력을 나타내는 중요한 요소이다(Wi 등, 2020). 고수분 압출성형 대체육의 보수력은 Fig. 4에 나타내었다. 보수력은 분리쌀단백 함량 0%에서 813.01±0.27%로 가장 높은 값을 나타내었으며, 분리쌀단백 함량이 증가할수록 보수력은 감소하였다. 수분과 단백질의 결합은 아미노산 조성과 단백질의 크기 등에 영향을 받는다(Jang, 2022). 분리대두단백에 비해 상대적으로 저분자 단백질로 구성된 분리쌀단백 함량의 증가로 인해 단백질 겔 네트워크 감소로 수분과 단백질의 결합이 감소한 것으로 판단되며, 이는 분리쌀단백 함량에 따른 저수분 압출성형의 이화학적 특성 연구 결과(Kim 등, 2022)에서도 분리쌀단백 함량이 증가할수록 보수력이 감소하여 본 연구 결과와 일치하였다. 또한 고온의 압출성형 공정으로 인해 분리쌀단백질의 소수성기와 같은 작용기의 노출로 단백질 네트워크가 형성되고 응집되어 물 분자가 모세관을 통해 침투할 수 있는 공간이 감소하여 분리쌀단백 함량이 증가할수록 보수력이 감소한 것으로 판단된다.

Fig 4. Water holding capacity of extruded high-moisture gluten-free meat analog with different rice protein isolate content. Values are means of triplicate±standard deviation. Values with different letters on the bar indicate significant differences (P< 0.05) by Duncan’s multiple range test.

조직감

조직감은 대체육 제품의 가장 중요한 특성 중 하나로 고수분 압출성형을 통해 섬유구조를 형성할 수 있다(do Carmo 등, 2021). 분리쌀단백 함량에 따른 고수분 압출성형 대체육의 조직감은 Table 2에 나타내었다. 분리쌀단백 함량이 증가할수록 탄력성은 유의적인 차이가 나타나지 않았으며, 응집성은 분리쌀단백 함량이 증가할수록 감소하였다. Kaspchak 등(2020)은 분리쌀단백은 분리대두단백보다 상대적으로 겔화 능력이 낮다고 보고하였다. 이로 인해 분리쌀단백 함량이 증가할수록 단백질 간 가교결합 형성이 감소하였다고 판단되며, 분리쌀단백과 비교하여 분리대두단백이 단백질 분자 간 더 강한 단백질-단백질 상호작용을 형성하여 분리쌀단백 함량이 증가할수록 응집성이 감소하였다고 판단된다(Lee 등, 2022).

Table 2 . Texture profile analysis and cutting strength of extruded high-moisture gluten-free meat analog with different rice protein isolate content.

Rice protein. isolate (%).	Springiness (%).	Cohesiveness (%).	Chewiness (g).	Cutting strength (g/cm2).
				Transversal direction.	Longitudinal direction.
0. 15. 30. 45. 60.	96.40±0.84a1). 96.21±0.35a. 96.13±0.41a. 96.14±0.40a. 96.20±0.38a.	88.33±0.72a. 84.32±1.04b. 83.13±1.44b. 79.94±0.76c. 74.31±3.92d.	2,451.34±263.44c. 3,157.70±83.75b. 3,509.45±64.47a. 2,945.69±129.89b. 2,516.86±253.07c.	1,024.00±101.62b. 1,094.24±79.61ab. 1,133.70±81.16a. 740.71±29.65c. 629.26±22.26d.	764.65±59.20b. 803.31±66.27b. 889.70±81.16a. 654.69±26.77c. 516.82±51.31d.

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

씹힘성은 분리쌀단백 함량 30%에서 3,509.45±64.47 g로 가장 높은 값을 나타냈으며, 분리쌀단백의 30%까지의 첨가는 대체육의 섬유상 구조를 증가시켰다(Fig. 3). Totosaus 등(2002)은 단백질의 가열온도가 단백질의 열변성 온도 이상이 되면 단백질 분자 간 소수성 결합이 증진되어 단백질 중합체를 형성한다고 보고하였다. 분리쌀단백의 열변성 온도보다 가열 온도가 더 높아 단백질의 구조가 풀리며 네트워크 구조가 재배열되어 결 생성이 증가함에 따라 씹힘성이 증가한 것으로 판단된다. 또한 분리대두단백의 글로불린과 분리쌀단백의 글루테닌은 강한 이황화 결합이 씹힘성에 영향을 주었다고 판단되며, 이는 단백질 함량이 많은 미강 첨가 시 이황화 결합의 증가로 인해 씹힘성이 증가한다는 Jiang 등(2022a)의 연구 결과와 일치하였다. 하지만 분리쌀단백 함량 45%부터는 씹힘성이 감소하였다. 이는 분리쌀단백의 분리대두단백 함량보다 같거나 많아질 경우 쌀 단백의 낮은 겔화력으로 인해 분자간의 상호작용이 감소하며 조직화가 감소하여 씹힘성이 낮아진 것으로 판단되며, 이는 Kim 등(2022)의 연구 결과와 일치하였다. 절단 강도 또한 씹힘성과 마찬가지로 분리쌀단백 함량 30%까지는 증가하였으며, 분리쌀단백 함량 45% 이상부터 감소하였다.

분리쌀단백 함량에 따른 식물성 장조림의 조직감은 Table 3에 나타내었다. 탄력성은 유의적인 차이가 나타나지 않았으며, 응집성은 분리쌀단백 함량 0%에서 85.90±1.69%로 가장 높은 값을 나타내었다. 분리대두단백은 분리쌀단백에 비하여 상대적으로 높은 단백질 함량을 가지며, 단백질 함량이 높을수록 단백질의 교차결합 증가로 펩타이드 사슬이 더 강한 구조를 형성한다(Cho와 Ryu, 2022; Hong 등, 2022). 단백질 함량이 적은 분리쌀단백에 비해 분리대두단백이 더 높은 응집력을 나타내 분리쌀단백 함량이 증가할수록 응집성이 감소한 것으로 판단된다. 또한 단백질의 겔 형성과 네트워크 구조는 염 첨가와 pH 변화에 영향을 받는다(Lakemond 등, 2000). 간장에 첨가된 고농도의 소금이 단백질의 용해도를 감소시켜 단백질의 응집을 일으키는 염석효과로 인해 겔 형성 능력이 낮은 분리쌀단백이 응집성에 영향을 준 것으로 사료된다(Zhang 등, 2022b). 씹힘성은 분리쌀단백 함량 45%까지는 증가하였으며, 분리쌀단백 함량 60%에서 감소하였다. 이는 글루텐 프리 대체육 중간소재의 씹힘성의 결과와 일치하였다. 식물성 장조림 제조 시 가열 과정에서 단백질의 추가 변성으로 인해 단백질층 사이의 결합이 강화되고, 이황화 결합의 증가로 인해 씹힘성이 증가했다고 판단된다. Choi 등(2022)은 조리 후 단백질의 구조 변화와 열처리로 인해 전체적인 질감 특성에 변화가 일어난다고 보고하였다.

Table 3 . Texture profile analysis of plant-based jangjorim with different rice protein isolate content.

Rice protein isolate (%).	Springiness (%).	Cohesiveness (%).	Chewiness (g).
0. 15. 30. 45. 60.	90.72±1.50a1). 91.84±0.42a. 91.34±1.66a. 91.92±0.91a. 92.59±1.19a.	85.90±1.69a. 77.65±3.89b. 78.93±1.43b. 78.88±2.38b. 71.31±3.07c.	988.85±26.97d. 2,361.56±109.03c. 3,367.39±260.78b. 4,190.85±362.18a. 3,384.44±180.76b.

¹⁾Values with different letters in the same row indicate signifi-cant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test..

대체육의 조직잔사지수와 수용성 질소 지수

조직잔사지수는 압출성형 대체육의 조직화 정도를 나타내는 인자 중 하나로 압출 시 전단력에 의해 형성된 내부 결합의 정도를 측정하는 방법이다(Cho와 Ryu, 2020). 분리쌀단백 함량에 따른 글루텐 프리 고수분 대체육의 조직잔사지수와 수용성 질소는 Fig. 5에 나타내었다. 분리쌀단백 함량이 증가할수록 조직잔사지수는 증가하는 경향이 나타났으며, 분리쌀단백 함량 0%에서 52.27±5.83%로 가장 낮은 값을 나타내었다. 분리쌀단백의 주요 단백질인 글루텔린은 소수성아미노산 함량이 높고 이황화 결합과 소수성 상호작용을 통해 구조를 유지한다(Wang 등, 2021; Zheng 등, 2023). 소수성 아미노산은 단백질-단백질 상호작용을 촉진하고 단백질-물 상호작용을 방해한다(Lee 등, 2022). 따라서 분리쌀단백 함량이 증가할수록 소수성 단백질 함량 증가로 단백질 간의 상호작용이 증가하고, 조직 내부의 결합력 향상으로 조진잔사지수가 증가하였다고 판단된다. 그러나 분리쌀단백 함량 60%에서는 단백질 분자 사이의 상호작용 감소하여 조직화가 감소한 것으로 판단된다.

Fig 5. Correlation between the integrity index and nitrogen solubility index of extruded high-moisture gluten-free meat analog according to the rice protein isolate content. Values are means of triplicate±standard deviation. Values with different letters in the same line indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test.

수용성 질소 지수는 물에 용해되는 단백질의 농도로 단백질의 변성 정도를 나타내며 조직잔사지수와 음의 상관관계를 갖는다(Gu와 Ryu, 2017). 분리쌀단백 함량이 0%에서 60%로 증가할 때 수용성 질소 지수는 42.68±3.50%에서 17.17±2.28%로 감소하였다. 압출성형 공정은 고온과 전단력으로 인한 단백질 풀림 현상으로, 분자 속에 있던 소수성기가 단백질 표면으로 노출된다(Jiang 등, 2022b). 이로 인해 단백질 분자 사이의 소수성 응집이 발생하고 단백질 응집체가 형성됨에 따라 물에 용해되는 단백질의 양이 감소하여 수용성 질소 지수가 감소한 것으로 판단된다. 또한 쌀단백질은 열처리 시 단백질 변성과 추가 응집으로 인해 물에 대한 낮은 용해도를 나타내어 분리쌀단백 함량이 증가할수록 조직화 정도가 향상된 것으로 사료된다(Amagliani 등, 2017). 단백질의 조직화가 증가할수록 수용성 질소 지수가 감소한다는 Gu와 Ryu(2019)의 연구 결과와 일치하였다.

식물성 장조림 가열 수율

분리쌀단백 함량에 따른 식물성 장조림의 가열 수율은 Table 4에 나타내었다. 분리쌀단백 함량이 증가할수록 가열 수율은 감소하였으며 분리쌀단백 함량 0%에서 117.44±0.74%로 가장 높은 값을 나타내었고, 대조군에서 가장 낮은 값을 나타내었다. 대두단백질과 전분은 고온에서 단백질이 변성되고 전분의 젤라틴화로 인해 물과 지방을 보유할 수 있는 네트워크가 형성된다(Zhang 등, 2016). 이로 인해 물이 단백질-전분으로 형성된 겔 네트워크에 갇히고, 일부 물 분자는 단백질에 결합하여 가열 처리 시 수분의 유출 정도가 낮아 가열 수율이 감소하였다고 판단된다. 또한 Sengun 등(2014)은 샘플의 높은 보수력은 가열 수율값을 증가시킨다고 보고하였고, 본 연구에서는 분리쌀단백 함량이 증가함에 따라 보수력과 가열 수율은 감소하였다. 따라서 보수력과 가열 수율 사이에 상관관계가 있다고 판단된다. 대조군의 경우 조리하는 동안 근원섬유 및 콜라겐 단백질이 변성되고 수축으로 인한 조리 손실을 유발하여 가열 수율값이 가장 낮았다고 판단된다(Chan 등, 2024). 대조군으로 사용된 육고기와 비교하여 대체육은 수분과 지방을 가두어 가열 수율이 높다고 판단된다.

Table 4 . Cooking yield of plant-based jangjorim with different rice protein isolate content and beef jangjorim.

Rice protein isolate. content (%).	Cooking yield (%).
0. 15. 30. 45. 60. Control2).	117.44±0.74a1). 112.47±0.66ab. 106.98±2.44bc. 105.41±3.94bc. 100.13±2.95c. 54.96±8.70d.

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

²⁾Control is beef jangjorim..

식물성 장조림의 관능 평가

관능 평가는 인간의 감각을 활용하여 색상, 맛, 질감, 향 등 다양한 품질 속성을 측정하여 제품의 기호도를 판단하는 품질 분석 절차이다(Younis 등, 2022). 본 연구를 통해 개발된 식물성 장조림의 관능 평가 분석 결과를 Table 5에 나타내었으며, 색, 외관, 맛, 식감, 향, 전반적인 기호도 6가지 항목으로 측정하였다. 식물성 장조림의 색 및 외관은 대조군에서 가장 높은 점수를 보였으며, 분리쌀단백 함량이 증가할수록 증가하였다. 분리쌀단백 함량이 증가할수록 대조군과 식물성 장조림의 색과 외관(Fig. 3)이 유사하여 분리쌀단백 함량이 증가할수록 색과 외관의 기호도가 증가하였다고 판단된다. 맛은 대조군에서 가장 높은 기호도를 보였지만 분리쌀단백 함량이 증가할수록 맛의 기호도는 증가하는 경향이 나타났다. 질감은 대조군과 분리쌀단백 함량 45%, 60%는 유의적인 차이가 나타나지 않았으며, 분리쌀단백 함량 0%에서 가장 낮은 값을 보였다. 이는 글루텐 프리 대체육 중간 소재의 조직감 결과와 유사하게 감각 평가에도 유사한 결과가 나왔다고 판단되며, 단백질을 다량 함유한 미강을 육제품에 첨가 시 경도와 씹힘성이 증가한다는 Huang 등(2005)의 연구 결과와 일치하였다. 대조군의 경우 실제 육고기에 포함된 근원섬유 단백질이 내부적으로 더 견고한 네트워크 형성을 유발하여 가장 높은 값을 나타낸 것으로 판단된다. 콩 이취의 경우 분리쌀단백 함량이 증가할수록 분리대두 함량이 감소하여 콩의 이취가 감소할 것으로 예상하였지만, 대조군을 제외하고는 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 이는 식물성 장조림을 제조 시 첨가하는 간장과 식물성 장조림의 원료로 사용된 분리대두단백 때문으로 판단되며, 다른 연구에서도 간장과 분리대두단백을 혼합하여 사용할 경우 제품에 콩 풍미가 생성되고 관능 평가 점수가 감소한다고 보고하였다(Kamani 등, 2019). 관능 평가 결과 외관은 분리쌀단백 함량이 증가할수록 대조군과 유사하였고, 질감은 분리쌀단백 함량 45% 이상부터 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 따라서 식물성 장조림 제조 시 분리쌀단백 첨가는 분리대두단백만을 활용한 식물성 장조림보다 조직감과 외관 등 전반적인 기호도에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.

Table 5 . Sensory profile of plant-based jangjorim with different rice protein isolate content.

Rice protein isolate (%).	0.	15.	30.	45.	60.	Control2).
Color. Appearance. Taste. Texture. Flavor (soy odor). Overall preference.	3.20±1.70d1). 3.88±1.64e. 4.45±2.01bc. 3.43±1.92c. 4.43±2.12a. 3.58±1.48cd.	3.20±1.57d. 3.98±1.44e. 3.98±1.67c. 3.73±1.84c. 4.60±2.12a. 3.38±1.30d.	4.90±1.52c. 4.88±1.59d. 4.65±1.61bc. 4.78±1.85b. 4.63±2.28a. 4.18±1.60bc.	6.25±1.46b. 6.07±1.56c. 4.80±1.73bc. 6.45±1.62a. 5.18±2.47a. 4.68±2.00b.	6.88±1.14b. 7.10±1.08b. 5.13±2.01b. 6.45±1.84a. 5.30±2.71a. 4.85±2.01b.	8.30±1.03a. 7.90±1.22a. 8.33±1.14a. 6.80±1.94a. 2.55±2.55b. 8.20±1.45a.

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

²⁾Control is beef jangjorim..

본 연구에서는 분리쌀단백 함량에 따른 글루텐 프리 고수분 압출성형 대체육의 이화학적 특성과 이를 활용한 식물성 장조림의 품질특성을 살펴보았다. 분리대두단백과 분리쌀단백 함량을 90:0, 75:15, 60:30, 45:45, 30:60의 비율에 옥수수 전분 10%로 고정하여 배합하였다. 압출성형 공정변수는 수분함량 60%, 배럴 온도 170°C, 스크루 회전속도 200 rpm, 원료 투입량 100 g/min으로 고정하였다. 분리쌀단백 함량이 증가함에 따라 보수력은 감소하였지만 씹힘성은 분리쌀단백 함량 30%까지 증가하였다. 글루텐 프리 대체육의 조직잔사지수는 분리쌀단백 함량이 증가할수록 증가하였고, 수용성 질소 지수는 감소하여 조직잔사지수와 수용성 질소 지수는 음의 상관관계를 나타냈다. 글루텐 프리 대체육을 활용한 식물성 장조림의 외관은 분리쌀단백 함량 60%가 대조군과 가장 유사하였으며 이는 관능평가 결과와 일치하였다. 가열 수율은 분리쌀단백 함량이 증가할수록 감소하였고, 대조군에서 가장 낮은 값을 나타내었다. 식물성 장조림의 조직감은 분리쌀단백 함량 45% 이상부터 대조군과 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 따라서 고수분 압출성형으로 글루텐 프리 대체육 제조 시 분리쌀단백 30% 첨가는 섬유상 구조와 조직감을 향상시킬 것으로 판단된다. 또한 글루텐 프리 대체육을 활용한 식물성 장조림에서도 분리쌀단백 45% 첨가는 식물성 장조림의 조직감과 전반적인 기호도에 긍정적인 영향을 미칠 것이다.

이 논문은 2024년 국립공주대학교 학술연구지원사업의 연구지원에 의하여 연구되었음. 본 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(NRF-2022R1C1C1011094).