고구마는 메꽃과의 다년생 식물로 남미 열대지역이 원산지이며, 우리나라에는 1763년에 도입되었다(Woo 등, 2013). 고구마는 여러 해충과 질병에 대한 저항성이 강하고 비교적 가혹한 환경에서도 재배할 수 있고 단위 면적당 수확량이 많아 전 세계적으로 주요한 식량자원으로 이용되고 있다(Ha 등, 2019). 고구마는 탄수화물의 주요 공급원이며, 식이섬유, 비타민 A, 비타민 E, 칼륨, 칼슘 등이 풍부하고, 카로티노이드와 플라보노이드 등의 생리활성 성분들을 포함하고 있어 영양적으로 우수하고 건강에도 유익한 식품이다(Ji 등, 2015; Senthilkumar 등, 2020). 고구마의 건강 기능성에 관한 연구가 널리 진행되고 있으며, 항산화, 항암, 변비 해소, 장 건강 개선, 혈압강하, 출혈 방지 등의 유용성이 보고되고 있다(Bhuyan 등, 2022; Ooi 등, 2021).

고구마는 굽거나 쪄서 단독으로 섭취하는 것 이외에도 전분 가공, 주류 및 음료 제조에 이용되고 있고, 건조하여 분말의 형태로 스낵(Cheon과 Eun, 2012), 롤빵(Mo 등, 2013), 설기떡(Oh와 Hong, 2008), 양갱(Lee 등, 2022), 수프(Hwang과 Kim, 2022) 등에 첨가하여 품질특성, 항산화 활성 등을 탐색하는 등 고구마의 활용도를 확대하기 위해 시도하고 있다. 고구마를 요구르트 제조에 활용한 연구는 현재까지는 매우 미흡한 상황이며, 자색고구마를 퓨레의 형태로 제조하여 요구르트에 소량 첨가한 연구(Chun 등, 2000)가 보고되고 있으나, 요구르트에 첨가하는 고구마의 가공 형태, 첨가량 등에 관한 다양하고 폭넓은 연구가 필요하다.

요구르트는 우유, 산양유, 마유 등에 유산균을 넣어 일정 시간 동안 발효시켜 독특한 산미와 조직감을 지닌 대표적인 유가공품 중 하나이다(Kim과 Ko, 1993). 원유가 유산균에 의해 발효되는 과정을 통해 젖산, 펩톤, 펩타이드, 올리고당, 각종 향미 성분 등이 생성되어 영양학적으로 우수하고 기호성과 기능성이 향상된 제품으로 변화한다(Adolfsson 등, 2004). 요구르트를 발효시키는 과정에서 유산균이 유당을 에너지원으로 사용하여 대부분 소모되기 때문에 우유를 소화하지 못하는 유당불내증이 있는 사람들도 섭취할 수 있는 장점이 있다(Capcanari 등, 2021). 요구르트는 유산균의 생성으로 인해 장내 유익균의 성장을 촉진하고 유해균의 성장을 억제하여 장내미생물 균형을 조절해 준다(Ahmad 등, 2022). 요구르트의 발효과정 중에 생성된 프로바이오틱스는 장내 유익균의 성장을 촉진하고 유해균의 성장을 억제하여 장 건강을 개선하고 염증성 질환 예방에 도움을 준다(Lourens-Hattingh와 Viljoen, 2001). 또한, 프로바이오틱스는 면역체계를 자극하여 감염에 대한 저항력을 높이고, 풍부한 단백질 섭취로 인해 포만감을 증가시켜 식사량 조절 및 비만 예방에도 효과적이다(Tewari 등, 2019). 요구르트 섭취가 제2형 당뇨병 및 심혈관 질환의 위험을 감소시키는 등 혈당조절 및 지방대사에 긍정적인 영향을 주는 것으로 보고되고 있다(Tewari 등, 2019; Yanni 등, 2020).

최근에는 요구르트의 건강 기능성이 다양한 실험을 통해 입증되면서 소비자들의 수요가 증가하고 있다. 요구르트 자체로도 우수한 식품이지만, 요구르트 제조에 기능성이 입증된 아로니아(Nguyen과 Hwang, 2016), 참당귀잎(Kim 등, 2019), 여주(Park 등, 2018), 곶감(Ko 등, 2008), 블루베리(Lee 등, 2020) 등과 같은 기능성을 지닌 재료를 분말, 엑기스, 퓨레 등의 형태로 첨가한 다양한 요구르트 제품들이 개발되고 있다.

본 연구에서는 고형분을 증가시키기 위해 첨가한 탈지분유의 중량을 기준으로 동결 건조한 고구마 분말을 5~15% 비율로 첨가하여 요구르트를 제조한 후에 요구르트의 발효 특성, 생리활성 물질 함량 및 항산화 활성을 측정하였다. 이를 통해 요구르트 제조에 고구마 분말의 첨가 가능성 및 적정량을 탐색하였다.

실험재료 및 시약

고구마는 경기도 여주 지역에서 수확한 것을 온라인 쇼핑몰을 통해 구입하였다. 요구르트 제조에 사용한 우유(Seoul Milk), 탈지분유(Seoul Milk) 및 올리고당(CJ Cheiljedang)은 시중 마트에서 구입하였다. 케피어 스타터(TSI Inc.)는 온라인 쇼핑몰에서 구입하였다. Gallic acid, Folin-Ciocalteu reagent, aluminum nitrate, ferrous chloride, potassium acetate, aluminum nitrate, catechin, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH), Iron(II) sulfate heptahydrate, potassium persulfate는 Sigma-Aldrich Co.에서 구입하였다. 그 외 시약들은 분석용 등급을 사용하였다.

고구마 분말 및 요구르트 제조

고구마는 수돗물로 3회 세척한 후에 물기를 제거하고 1 mm 두께로 슬라이스 하여 은박 도시락에 담아 -80°C 냉동고에서 냉동시킨 후에 동결건조기로 건조하였다. 건조된 고구마는 믹서기로 마쇄하여 고운 가루로 만들어 요구르트 제조에 사용하였다. 요구르트는 선행 연구(Nguyen과 Hwang, 2016)를 참고하고 예비 실험 및 관능적 특성 검사를 거쳐 Table 1과 같은 비율로 제조하였다.

Table 1 . Formula for yogurt incorporated with various amount of sweet potato powder.

Ingredients (g).	Sweet potato powder1) (%).
	0.	5.	10.	15.
Milk. Skim milk powder. Sweet potato powder. Starter. Oligosaccharide.	450. 50. 0. 1.5. 5.	450. 47.5. 2.5. 1.5. 5.	450. 45. 5. 1.5. 5.	450. 42.5. 7.5. 1.5. 5.

¹⁾Sweet potato powder was added at 5%, 10%, and 15% of the weight of skim milk powder..

우유와 탈지분유를 혼합하여 85°C로 세팅한 고압멸균기(LAC-5065SP, Lab Tech)에서 20분 동안 살균하고 실온까지 식힌 후에 고구마 분말을 탈지분유 중량의 각각 5%, 10% 및 15% 첨가하여 잘 혼합하였다. 혼합물에 Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus lactis 및 효모로 구성된 요구르트 스타터 분말을 주재료(우유, 탈지분유, 고구마 분말)의 0.4%가 되도록 접종하고 미리 37°C로 세팅된 항온기(LIB-060E, Lab Tech)에서 24시간 동안 발효하면서 0, 6, 12, 24시간 별로 시료를 채취하여 품질특성을 분석하였다. 대조군은 고구마 분말을 첨가하지 않고 제조하였다.

요구르트의 pH, 산도 및 가용성 고형물 측정

pH는 요구르트를 5배 희석하여 pH meter(Orion 3 Star Benchtop, Thermo Orion)로 측정하였다. 총산은 요구르트 5 mL에 증류수 20 mL를 첨가한 후 균질화한 다음 0.1 N NaOH로 pH 값이 8.2가 될 때까지 적정하고, 젖산 함량으로 환산하여 백분율로 나타내었다. 가용성 고형물은 디지털 당도계(PR-201α, Atago Co.)로 측정하였다.

요구르트의 유산균 수 측정

발효 시간별로 요구르트를 채취하여 0.85% 식염수로 10진 희석법에 의해 단계별로 희석한 후에 MRS 한천배지(Difco, Becton Dickinson and Co.)에 도말하여 37°C에서 48시간 동안 발효하였다. 발효가 끝난 시료에 형성된 콜로니 수를 측정하고 희석배수를 곱하여 시료 mL당 유산균 수를 log colony forming unit(CFU/mL)으로 나타내었다.

요구르트의 색도 측정

요구르트의 색도는 색차계(Chrome Meter CR-300)로 명도(lightness, L^*값), 적색도(redness, a^*값), 황색도(yellowness, b^*값)를 측정하였다. 사용한 표준 백색판의 L^*, a^*, b^*값은 각각 97.10, +0.24, +1.75였다.

요구르트의 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량 측정

시료 5 g에 95% 에탄올 20 mL를 넣고 vortex mixer로 15초 동안 균질하게 혼합한 후 원심분리(13,500×g, 10 min)하여 얻은 상등액으로 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량을 측정하였다. 총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis 방법(Singleton과 Rossi, 1965)으로 측정하였다. 적절한 농도로 희석한 시료액과 2 N Folin 시약을 1:1로 혼합하여 실온에서 3분 동안 반응시킨 후에 3배의 2% sodium carbonate를 첨가하고 암소에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 혼합액의 흡광도를 760 nm에서 측정하고 gallic acid 표준곡선을 이용하여 각 시료 중에 함유된 총 폴리페놀 함량을 gallic acid equivalent(GAE)로 나타내었다.

총 플라보노이드 함량은 Woisky와 Salatino 방법(1998)으로 측정하였다. 적절한 농도로 희석한 시료 추출액과 2% aluminium chloride 용액을 1:1로 혼합해 15분간 실온 반응시켰다. 반응이 끝난 혼합액의 흡광도를 430 nm에서 측정하고 catechin 표준곡선을 이용해 시료 중에 함유된 총 플라보노이드 함량을 catechin equivalent(CE)로 나타내었다.

요구르트의 항산화 활성 측정

요구르트 시료 5 g에 95% 에탄올 20 mL를 넣고 vortex mixer로 15초 동안 균질하게 혼합한 후 원심분리(13,500×g, 10 min)하여 얻은 상등액으로 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성을 측정하였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 Cheung 등(2003)의 방법으로 측정하였다. 요구르트 추출액과 0.2 mM DPPH 용액을 각각 100 μL씩 혼합하여 37°C에서 30분간 반응시킨 후 분광광도계로 515 nm에서 흡광도를 측정하였다. 아래 식에 따라 DPPH 라디칼 소거 활성을 계산하였다.

ABTS 라디칼 소거 활성은 Re(1999)의 방법으로 측정하였다. 실험 시작 하루 전에 7.0 mM ABTS와 2.45 mM potassium persulfate를 암소에서 반응시켜 ABTS 양이온이 형성되도록 하였다. 시료 추출액과 ABTS 용액을 각각 100 μL씩 혼합하여 37°C에서 30분간 반응시킨 후 분광광도계로 732 nm에서 흡광도를 측정하였다. 아래 식에 따라 ABTS 라디칼 소거 활성을 계산하였다.

환원력은 Oyaizu(1986)의 방법으로 측정하였다. 시료 추출액 1 mL에 200 mM 인산 완충액(pH 6.6)과 1%의 potassium ferricyanide 1 mL를 순서대로 첨가하여 50°C의 항온수조에서 20분간 반응시켰다. 반응이 종료된 후에 10% trichloroacetic acid 용액을 1 mL 넣어 13,500×g에서 15분간 원심분리한 후에 상등액을 취하여 상등액 1 mL에 증류수 및 ferric chloride를 각각 1 mL씩 차례로 첨가하고 혼합한 후 720 nm에서 흡광도를 측정하여 얻은 값을 환원력으로 나타냈다.

통계분석

모든 측정은 3회 반복하여 평균(mean)±표준편차(standard deviation)로 나타내었고, 분석 결과에 대한 통계 처리는 R-Studio(Version 3.5.1)를 이용하였고, ANOVA를 이용하여 각 처리군 간의 유의성을 확인한 후 P<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test를 이용하여 분석하였다.

요구르트의 pH 및 산도

요구르트 제조에 필요한 재료를 혼합하여 24시간 동안 발효하면서 pH와 총산도의 변화를 측정하고 Table 2에 제시하였다. 요구르트를 24시간 발효하는 동안 대조군과 실험군의 pH가 모두 감소하였다. 고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군의 초기 pH 값은 6.64였고, 고구마 분말을 5~15% 첨가한 시료에서는 6.63으로 대조군에 비해 낮은 수치를 보였으나, 대조군과 비교할 때 통계적으로 유의성 있는 차이는 관찰되지 않았다. 요구르트 발효가 6시간 경과한 후부터 pH가 급격히 감소하였고, 발효가 완료되는 24시간까지도 pH는 지속적으로 낮아짐을 확인하였다. 고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군의 경우 발효 6시간 및 24시간 후의 pH는 각각 4.57 및 4.04로 나타났다. 고구마 분말을 5% 첨가한 요구르트의 경우 발효 6시간과 12시간 경과 후의 pH 값은 각각 4.42 및 4.16으로 나타났다. 고구마 분말을 10% 및 15% 첨가하여 24시간 동안 발효시킨 요구르트의 pH 값은 각각 3.98 및 3.95로 대조군에 비해 고구마 분말을 첨가하여 제조한 요구르트의 pH 감소 속도가 더 빠르게 나타났고, 24시간 동안 발효한 최종 제품에서도 고구마 분말 첨가량이 많아질수록 pH도 더 낮게 나타났다.

Table 2 . Changes of pH and total acidity during fermentation of yogurt containing various amounts of sweet potato powder.

Sweet potato powder1) (%).		Fermentation time (h).
		0.	6.	12.	24.
pH.	0. 5. 10. 15.	6.64±0.02aNS. 6.63±0.00a. 6.63±0.01a. 6.63±0.01a.	4.57±0.01bA. 4.42±0.00bB. 4.34±0.00bC. 4.34±0.00bC.	4.23±0.01cA. 4.16±0.01cB. 4.14±0.01cC. 4.11±0.01cD.	4.04±0.01dA. 4.00±0.01dB. 3.98±0.00dC. 3.95±0.00dD.
Total acidity (%).	0. 5. 10. 15.	0.07±0.00dNS. 0.07±0.00d. 0.07±0.00d. 0.07±0.00d.	0.30±0.01cB. 0.30±0.00cB. 0.30±0.01cB. 0.31±0.00cA.	0.37±0.01bC. 0.37±0.00bC. 0.38±0.00bB. 0.39±0.02bA.	0.45±0.01aC. 0.46±0.00aB. 0.46±0.02aB. 0.47±0.01aA.

¹⁾Sweet potato powder was added at 5%, 10%, and 15% of the weight of skim milk powder..

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscript (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..

Means with the different superscript (A-D) within the same column are significantly different at P<0.05..

NS: not significant..

요구르트가 발효과정을 거치면서 pH가 감소하는 것은 다양한 요인에 의한 것으로 먼저, 주재료인 우유에 함유된 lactose가 glucose로 분해되면서 유산균은 glucose로부터 lactic acid를 생성하게 되어 pH가 낮아진다(Lim과 Lee, 2014). 또한 요구르트 제조에 사용된 균주나 원유의 종류에 따라 acetic acid, citric acid, formic acid 등과 같은 유기산이 생성되므로 발효가 진행됨에 따라 pH가 감소하게 된다(Won 등, 2018). 본 실험에서 요구르트 제조 시 첨가한 고구마에는 malic acid, citric acid, oxalic acid, succinic acid, lactic acid와 같은 다양한 유기산을 함유하고 있어(Ha 등, 2019) 고구마 분말 첨가량에 비례하여 24시간 발효된 요구르트의 pH가 낮아진 것으로 사료된다. 요구르트 발효에 따른 유산균의 증식 및 고구마에 함유된 유기산에 의해 pH가 감소함에 따라 유해 미생물의 성장이 저해되고 요구르트의 저장성이 향상되며, 우유 단백질의 소화가 증진되는 등의 장점이 있다(Ahmad 등, 2022; Park 등, 2018).

총 산도는 발효 전에는 대조군과 실험군 모두 0.07%로 차이를 보이지 않았으나, 발효가 24시간까지 진행됨에 따라 대조군과 고구마 분말 첨가군에서 모두 증가하였다. 고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군과 고구마 분말을 5% 첨가한 실험군의 경우 발효 6시간 후의 산도는 0.30%로 초기 시료에 비해 4.29배가량 증가하였고, 발효가 12시간 경과함에 따라 산도는 0.37%까지 증가하였다. 대조군과 실험군 모두에서 발효 시간에 따른 산도의 증가는 확인하였고, 동일한 발효 시간에서 고구마 분말 첨가량에 비례하여 산도가 증가하는 것으로 나타났다. 즉, 대조군과 고구마 분말을 5% 및 15% 첨가한 요구르트에서 발효가 지속됨에 따라 산도가 꾸준히 증가하여 24시간 동안 발효가 종료된 후에 산도는 0.45~0.47%까지 나타났다. 이를 통해 요구르트 제조 시 대조군과 비교할 때 고구마 분말을 5~15%까지 첨가하면 pH가 감소하면서 산도가 증가하는 것을 확인하였다.

요구르트의 가용성 고형물

요구르트의 제조를 위해 각 재료를 혼합하여 37°C에서 24시간 동안 발효하면서 가용성 고형물의 변화를 측정한 결과는 Table 3과 같다. 요구르트를 24시간 발효하는 동안 대조군과 실험군의 가용성 고형물은 감소하였다. 고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군의 초기 가용성 고형물 함량은 22.25 Brix였고, 고구마 분말을 5%, 10%, 15% 첨가하여 제조한 요구르트의 발효 전 가용성 고형물은 각각 21.70, 21.25, 20.80 Brix로 고구마 분말 첨가량이 많아질수록 가용성 고형물은 감소하는 경향을 보였다. 대조군의 경우 요구르트 발효 6시간 후에는 가용성 고형물이 14.00 Brix로 크게 감소하였고, 발효 12시간 및 24시간 후에는 각각 13.80 및 13.65 Brix로 소폭 감소하였다. 고구마 분말을 5% 첨가한 요구르트에서는 발효 6시간과 12시간 경과 후의 가용성 고형물은 각각 13.60 및 13.40 Brix로 발효가 진행됨에 따라 가용성 고형물의 함량도 감소하였다. 고구마 분말을 10% 및 15% 첨가한 요구르트의 경우 24시간 발효 후의 가용성 고형물은 각각 13.10 및 12.70 Brix로 고구마 분말 첨가량이 많아질수록 가용성 고형물은 감소함을 확인하였다.

Table 3 . Changes of soluble solids (°Brix) during fermentation of yogurt containing various amounts of sweet potato powder.

Sweet potato powder1) (%).	Fermentation time (h).
	0.	6.	12.	24.
0. 5. 10. 15.	22.25±0.07aA. 21.70±0.14aB. 21.25±0.07aC. 20.80±0.00aD.	14.00±0.00bA. 13.60±0.14bB. 13.40±0.00bC. 13.30±0.00bC.	13.80±0.00cA. 13.40±0.00bcB. 13.20±0.00cC. 12.70±0.00cD.	13.65±0.07dA. 13.30±0.00cB. 13.10±0.00dC. 12.70±0.00cD.

¹⁾Sweet potato powder was added at 5%, 10%, and 15% of the weight of skim milk powder..

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscript (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..

Means with the different superscript (A-D) within the same column are significantly different at P<0.05..

호상 요구르트는 부드러운 젤 상태의 조직을 가지고 있으며, 유고형분이 풍부하고 유산균이 다량 포함된 농후 발효유이다(Lim과 Lee, 2014). Won 등(2018)의 연구에 따르면 시판되는 20종의 호상 요구르트의 가용성 고형물 함량은 7.10~18.13 Brix까지 다양하였으며, 본 실험에서 제조한 대조군 및 고구마 분말 첨가 요구르트는 시판 호상 요구르트와 유사한 가용성 고형분을 포함하고 있음을 확인하였다.

요구르트의 유산균 수

요구르트의 제조를 위해 37°C에서 24시간 동안 발효하면서 유산균 수의 변화를 측정한 결과는 Table 4와 같다. 요구르트 발효 전 유산균 수는 5.34 log CFU/mL로 대조군과 고구마 분말 첨가 시료 간의 통계적인 차이는 나타나지 않았다. 요구르트의 발효가 진행됨에 따라 대조군과 고구마 분말 첨가 시료 모두에서 유산균 수가 급격히 증가하였다. 대조군에서는 6시간 발효한 후의 유산균 수는 6.25 log CFU/mL로 나타났으며, 발효 12시간 및 24시간 경과 후에는 6.96 및 7.01 log CFU/mL까지 증가하였다. 고구마 분말을 5~15% 첨가하여 제조한 요구르트에서는 발효 6시간 후의 유산균 수는 6.31~6.49 log CFU/mL로 대조군과 비교하였을 때 총 유산균 수가 증가한 것을 확인하였다. 24시간 동안 발효한 최종 제품의 경우에는 대조군에 비해 고구마 분말을 5~15% 첨가한 실험군의 유산균 수가 더 많이 증가하였다. 즉, 고구마 분말을 5% 첨가한 요구르트는 7.05 log CFU/mL를 나타냈고, 고구마 분말을 10% 및 15% 첨가한 경우 유산균 수는 각각 7.08 및 7.11 log CFU/mL로 대조군과 비교할 때 유산균 수가 유의성 있게 증가하였다.

Table 4 . Changes of lactic acid bacteria (log CFU/mL) during fermentation of yogurt containing various amounts of sweet potato powder.

Sweet potato powder1) (%).	Fermentation time (h).
	0.	6.	12.	24.
0. 5. 10. 15.	5.34±0.01dNS. 5.34±0.01d. 5.34±0.00d. 5.34±0.01d.	6.25±0.01cD. 6.31±0.00cC. 6.40±0.21cB. 6.49±0.01cA.	6.96±0.02bD. 7.02±0.04bC. 7.05±0.01bB. 7.07±0.01bA.	7.01±0.01aD. 7.05±0.01aC. 7.08±0.01aB. 7.11±0.01aA.

¹⁾Sweet potato powder was added at 5%, 10%, and 15% of the weight of skim milk powder..

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscript (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..

Means with the different superscript (A-D) within the same column are significantly different at P<0.05..

NS: not significant..

Ha 등(2019)의 연구에서 품종이 다른 고구마 3종의 발효 특성을 알아보고자 쪄서 으깬 고구마에 MRS 배지에서 배양한 유산균 2%를 접종하여 발효하면서 유산균의 변화를 검토한 결과, 발효 36시간까지 모든 실험군에서 유산균 수가 8.44~9.88 log CFU/g까지 증가하는 것으로 나타나 고구마가 유산균 생육에 도움을 주는 것을 확인하였다.

Kim과 Ko(1993)는 요구르트 제조에 쌀, 보리, 밀, 옥수수 4종의 곡류를 분쇄하여 우유에 첨가한 후 30시간 발효시키면서 젖산균의 증식을 관찰하였는데, 곡류를 첨가하지 않은 대조군에 비해 곡류를 첨가한 요구르트에서 유산균 수가 증가함을 관찰하였다. 이는 이들 곡류에 함유된 칼슘, 인, 철분, 나트륨, 칼륨 등의 무기질과 티아민, 리보플라민, 니아신, 엽산 등의 비타민에 의해 젖산균의 생성이 촉진되어 나타난 결과로 사료된다. 또한, 요구르트 제조에 돼지감자 분말과 흑미가루를 각각 5% 및 15%까지 첨가한 선행 연구(Kang과 Kim, 2022; Park 등, 2019)에서도 이들 부재료의 첨가량이 많아짐에 따라 대조군에 비해 유산균의 증식이 촉진되는 것을 확인하였다. 이상의 결과들을 통해 요구르트 제조 시 고구마, 돼지감자, 쌀, 옥수수, 보리 등을 첨가하면 이들 재료가 지닌 영양성분들에 의해 유산균의 증식을 촉진하는 긍정적인 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

요구르트의 색도

고구마 분말을 첨가하여 24시간 동안 발효하여 제조한 요구르트의 색도는 Table 5와 같다. 고구마 분말을 첨가하지 않고 제조한 대조군 요구르트의 명도는 73.49로 가장 밝게 나타났고, 고구마 분말 첨가량이 5~15%로 증가함에 따라 명도는 62.61에서 50.04로 감소하였다. 적색도를 나타내는 a^*값은 대조군에서는 -2.28을 나타냈고, 고구마 분말 5~15% 첨가한 실험군에서는 -2.29~-2.24로 고구마 분말 첨가에 따른 유의성 있는 차이는 나타나지 않았다. 황색도를 나타내는 b^*값의 경우 고구마 분말을 첨가하지 않고 제조한 요구르트에서는 4.55로 가장 낮은 값을 보였고, 고구마 분말을 5% 및 10% 첨가한 요구르트에서는 각각 5.10 및 5.49로 대조군에 비해 증가하였으며, 고구마 분말을 15% 첨가한 요구르트에서는 6.49로 가장 높은 황색도 값을 나타냈다.

Table 5 . Color of yogurt containing various amounts of sweet potato powder.

Measurement.	Sweet potato powder1) (%).
	0.	5.	10.	15.
Lightness (L*). Redness (a*). Yellowness (b*).	73.49±0.01a. −2.28±0.07NS. 4.55±0.05d.	62.61±0.05b. −2.29±0.05. 5.10±0.01c.	55.81±0.03c. −2.24±0.05. 5.49±0.02b.	50.04±0.04d. −2.26±0.03. 6.49±0.06a.

¹⁾Sweet potato powder was added at 5%, 10%, and 15% of the weight of skim milk powder..

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscript (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..

NS: not significant..

고구마에는 노란색에서 주황색을 나타내는 카로티노이드 색소 중 하나인 베타카로틴을 함유하고 있으며, 그 함량은 고구마의 품종, 가열 정도 등에 영향을 받는다. Takahata 등(1993)은 품종이 다른 22종의 고구마에 함유된 베타카로틴 함량을 HPLC 분석한 결과, 신선한 고구마 100 g당 1.1~26.5 mg의 베타카로틴을 함유하고 있음을 보고하였다. 또한, 고구마에 함유된 베타카로틴 함량이 많을수록 명도는 감소하고 적색도와 황색도는 증가함을 확인하였다(Takahata 등, 1993). 본 연구에서도 고구마에 함유된 베타카로틴 색소의 영향으로 요구르트 제조 시 첨가한 고구마 분말 함량이 증가함에 따라 요구르트의 명도는 감소하고 황색도가 증가한 것으로 사료된다.

요구르트의 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량

고구마 분말 함량을 달리하여 제조한 요구르트의 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량을 Fig. 1에 제시하였다. 총 폴리페놀 함량은 첨가한 고구마 분말 함량에 비례하여 증가하였다. 고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군에서는 118.27 μg GAE/g의 총 폴리페놀 함량을 보였고, 고구마 분말을 5% 및 10% 첨가하여 요구르트에서는 각각 126.86 μg GAE/g 및 133.49 μg GAE/g의 총 폴리페놀 함량을 나타냈으며, 이는 대조군에 비해 1.07배 및 1.13배 증가한 수치였다. 고구마 분말을 15% 첨가한 요구르트의 총 폴리페놀은 146.32 μg GAE/g으로 대조군에 비해 1.24배 증가하였다.

Fig 1. Total polyphenol (A) and total flavonoid (B) contents of yogurt containing various amounts of sweet potato powder. Data were the mean±SD of triplicate experiment. GAE: gallic acid equivalent, CE: catechin equivalent. Means with the different letters (a-d) on the bar are significantly different at P<0.05.

총 플라보노이드 함량은 대조군에서 6.00 μg CE/g으로 가장 낮은 값을 나타냈고, 고구마 분말을 5% 및 10% 첨가하여 제조한 요구르트에서는 각각 7.40 μg CE/g 및 9.49 μg CE/g의 총 플라보노이드 함량을 나타냈고, 이는 대조군에 비해 1.23배 및 1.58배 증가한 수치였다. 고구마 분말을 15% 첨가한 요구르트의 총 플라보노이드는 10.04 μg CE/g으로 대조군에 비해 1.67배 증가하였다.

Seo 등(2018)은 HPLC 분석을 통해 고구마에서 caffeic acid, chlorogenic acid, p-coumaric acid, epicatechin, vanillic acid, ferulic acid 등의 폴리페놀 화합물과 quercitrin, morin, quercetin과 같은 플라보노이드 성분을 확인하였다. 이들 폴리페놀 및 플라보노이드 물질들의 함량은 고구마의 품종, 색깔, 가열 정도 등에 따라 달라지는데, epicatechin, gallocatechin, epigallocatechin과 같은 일부 플라보노이드는 열에 안정하고, 가열에 의해 세포벽 성분인 셀룰로스가 파괴되어 폴리페놀 및 플라보노이드 성분들이 쉽게 용출되므로 체내 이용도는 증가하는 것으로 알려져 있다(Dewanto 등, 2002; Kim 등, 2000). 또한, 선행 연구에 따르면 오디에 유산균을 첨가하여 96시간 동안 발효시킨 결과 폴리페놀과 플라보노이드 함량이 2배 이상 증가하였고(Lee와 Hong, 2016), 차의 발효 시간이 길어짐에 따라 폴리페놀과 플라보노이드 함량도 증가하는 것으로 보고하였다(Kim 등, 2011). 이는 발효가 진행됨에 따라 분자량이 큰 폴리페놀 화합물이 유산균에 의해 분자량이 작은 폴리페놀 물질로 분해되고, 미생물의 대사과정에서 유용한 폴리페놀 및 플라보노이드 등의 생리활성 물질이 생성되기 때문으로 사료된다. 이를 통해 요구르트 제조 시 고구마를 첨가하면 발효를 거치면서 폴리페놀 및 플라보노이드 함량이 증가하는 긍정적인 효과가 있는 것을 확인하였다.

요구르트의 항산화 활성

고구마 분말 함량을 달리하여 제조한 요구르트의 항산화 활성을 Fig. 2에 나타내었다. 고구마 분말을 첨가하여 제조한 요구르트는 대조군에 비해 더 높은 항산화 활성을 나타냈다. DPPH 라디칼 소거 활성은 대조군에서 46.03%로 나타났고, 고구마 분말을 5%, 10% 및 15% 첨가한 요구르트에서 각각 52.75%, 60.24% 및 65.12%까지 증가하였고, 이는 고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군 요구르트에 비해 약 1.15~1.41배 높은 DPPH 라디칼 소거 활성을 나타냈다.

Fig 2. Antioxidant activity of yogurt containing various amount of sweet potato powder. Data were the mean±SD of triplicate experiment. Means with the different letters (a-d) on the bar are significantly different at P<0.05.

ABTS 라디칼 소거 활성의 경우 고구마 분말을 첨가하지 않은 요구르트에서는 44.76%로 가장 낮았고, 고구마 분말을 5~15%까지 첨가함에 따라 45.36~50.40%의 ABTS 라디칼 소거 활성을 보였고, 이를 통해 고구마 분말 첨가량에 비례하여 ABTS 라디칼 소거 활성도 증가하는 것을 확인하였다.

환원력은 700 nm에서 흡광도 값으로 측정하여 고구마 분말을 첨가하지 않은 요구르트에서는 0.62를 나타냈고, 고구마 분말을 5~15% 첨가한 요구르트에서는 각각 0.67~0.69까지 흡광도 값이 증가하였다.

고구마에는 폴리페놀, 플라보노이드, 베타카로틴 등과 같이 항산화 활성을 나타내는 생리활성 물질들이 함유되어 있어 고구마 분말을 첨가한 요구르트의 항산화 활성이 높아진 것으로 사료된다. 선행 연구에서도 고구마를 첨가하여 제조한 스낵(Cheon과 Eun, 2011), 롤빵(Mo 등, 2013), 설기떡(Oh와 Hong, 2008), 양갱(Lee 등, 2022), 수프(Hwang과 Kim, 2022) 등에서 고구마 첨가량이 많아질수록 항산화 활성도 높아짐을 확인하였다. Hwang과 Park(2022)의 연구에서도 쿠키 제조 시 호박 고구마 분말을 밀가루 중량의 0~8%까지 첨가함에 따라 DPPH 라디칼 소거 활성은 33.85~65.34%까지 증가하였고, ABTS 라디칼 소거 활성은 32.89~62.11%까지 증가하여 본 연구와 유사한 경향성을 나타냈다. Yoon 등(2020)은 품종이 다른 9개 종류의 고구마를 첨가하여 막걸리를 제조하고 DPPH 라디칼 소거 활성을 측정하였는데, 고구마를 첨가하지 않은 대조군은 37.57%의 DPPH 라디칼 소거 활성을 보였고 고구마를 첨가한 막걸리에서는 고구마 품종에 따라 DPPH 라디칼 소거 활성이 49.23~77.02%까지 증가하였는데, 이는 고구마를 첨가하지 않은 막걸리에 비해 DPPH 라디칼 소거 활성이 1.31~2.05배 증가한 수치였다. 고구마 품종에 따라 폴리페놀 및 플라보노이드 종류 및 함량이 다르며, 발효 및 열처리 공정에 의해서도 항산화 물질의 안정성 및 함량에 차이가 있다(Lee 등, 2012; Rice-Evan과 Miller 1994). 이상의 결과들을 종합해 볼 때 요구르트 제조 시 고구마 분말 첨가량이 많아질수록 항산화 물질의 함량이 증가하고, 발효를 거치면서 유산균에 의해 폴리페놀 및 플라보노이드 성분들이 저분자형으로 바뀜에 따라 DPPH 및 ABTS 라디칼 제거에 효과적으로 반응하고 환원력을 증가시키는 긍정적인 효과를 나타내는 것으로 사료된다.

본 연구에서는 요구르트 제조에 고구마 분말 첨가 가능성을 탐색하기 위해 탈지분유 대신 고구마 분말을 5%, 10% 및 15%까지 첨가하여 24시간 동안 발효하면서 요구르트의 pH, 산도, 가용성 고형물 및 유산균 증식 패턴을 측정하였고, 최종 완성된 요구르트를 대상으로 기능성 물질 함량과 항산화 활성을 측정하였다. 요구르트의 발효 시간과 첨가한 고구마 분말 함량에 비례하여 대조군과 실험군 모두에서 pH와 가용성 고형물은 감소하고, 산도는 증가하였다. 유산균은 요구르트 발효 시간이 길어짐에 따라 급속히 증가하였고, 24시간 발효시킨 요구르트에서는 대조군에 비해 고구마 분말을 5~15%까지 첨가한 실험군의 유산균 수치가 높음을 확인하였다. 발효가 완료된 요구르트의 색도를 측정한 결과, 고구마 분말 첨가량에 비례하여 명도는 감소하고 황색도는 증가하였으며, 적색도에는 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 요구르트의 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량은 고구마 분말 첨가량에 비례하여 증가하였고, DPPH와 ABTS 라디칼 소거능과 환원력으로 측정한 항산화 활성도 고구마 분말 첨가량에 비례하여 증가하는 경향을 보였다. 이상의 결과를 통해 요구르트 제조에 고구마 분말을 첨가하면 폴리페놀과 플라보노이드 함량이 증가하며 이를 통해 항산화 활성을 높일 수 있을 것으로 사료된다. 요구르트의 산도, 유산균 증식, 항산화 활성 등을 고려할 때 고구마 분말을 탈지분유 중량 대비 5~15% 수준까지 첨가하면 고구마가 지닌 기능적인 특성을 잘 활용한 요구르트의 제조가 가능할 것으로 사료된다.