고구마(Ipomoea batatas L.)는 메꽃과 미국나팔꽃에 속하는 여러해살이 쌍떡잎식물로 덩이뿌리를 식용하며, 환경 적응성이 강해 척박한 토양에서도 잘 자라고 다른 작물들에 비해 단위면적당 수확량이 높은 경제적인 작물이다(Woo 등, 2013). 고구마는 아시아와 아프리카 국가들에서 전 세계 생산량의 95%를 재배하며(Lee 등, 2017), 우리나라에는 1760년대에 도입되어 쌀, 보리 등과 함께 주요 식량자원으로 이용되고 있다(Mok 등, 2009). 고구마는 품종과 재배환경에 따라 모양, 크기, 무게, 색 등이 다양하며 육질의 색에 따라 흰색인 일반고구마와 자색 및 주황색을 나타내는 유색고구마로 분류한다(Song 등, 2005; Kim 등, 2010; Krochmal-Marczak 등, 2018). 육질이 주황색을 띠는 호박고구마는 일반고구마에 비해 탄수화물 함량이 적고, 불용성 식이섬유소인 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스, 폴리페놀, 플라보노이드뿐 아니라, 비타민 C, 칼슘, 베타카로틴, 레티놀 함량이 높다(Kim 등, 2010; Woo 등, 2013; Ra 등, 2018). 호박고구마에 함유된 다양한 생리활성 성분들은 항암 작용, 항산화 작용, 심혈관계의 질병 및 백내장 예방, 스트레스 예방 등의 효능이 있는 것으로 보고되고 있다(Lee 등, 2007; Ayeleso 등, 2016; Alam, 2021; Laurie 등, 2018).

고구마는 수분함량이 약 68~70%로 매우 높고 표피가 얇아 수확 과정에서 쉽게 상처가 발생하며, 저장기간 동안 상처 난 부위가 부패하기 쉽고 저장온도 및 방법에 따라 쉽게 부패하는 특성이 있다(Song 등, 2005). 고구마는 고온성 작물이므로 품질 유지를 위해 15°C 이상에서 저장해야 하며, 낮은 온도에 보관할 경우 호흡열이나 탄산가스 발생량이 많아 생산 후 단기간 내 소비하거나 가공용으로 개발해야 할 필요성이 있다(Lee 등, 1999; Shin과 Lee, 2011). 최근 건강식품에 대한 일반인들의 관심이 높아지면서 고구마가 웰빙 기능성식품으로 주목받기 시작하였고, 고구마를 제과, 제빵, 음료 등에 활용하여 다양한 가공식품들의 개발이 진행되고 있다. 선행연구에서는 증숙한 일반고구마, 자색고구마 및 호박고구마를 고추장(Park과 Kim, 2016), 된장(Cha 등, 2017)에 첨가하거나 자색고구마 분말 및 농축액을 젤리(Park과 Park, 2012), 쿠키(Liu 등, 2013), 생면(Lee와 Yoo, 2012), 쌀 구움과자(Yoon 등, 2017) 등에 첨가하여 제품을 제조하고 이화학적 품질특성 및 관능검사를 통해 제조조건을 최적화한 연구가 진행되었다.

쿠키는 밀가루, 유지, 설탕, 계란 등을 주원료로 제조한 건과자류로 맛과 식감이 좋아 널리 애용되는 간식류 중 하나이다(Lee 등, 2002). 쿠키는 고온에서 굽는 과정을 거치면서 재료 내의 수분이 증발하여 수분으로 인한 미생물의 변화를 최소화할 수 있으며, 상온에서도 저장성이 우수하다(Kim과 Kong, 2006; Lee 등, 2015). 최근에는 전통적인 쿠키 재료에 건강 기능성 성분을 보충하기 위한 단호박 분말(Park, 2012), 대추 분말(Kim 등, 2014), 생강 분말(Lee 등, 2015), 비타민나무 잎 분말(Park과 Joo, 2021) 등의 부재료를 첨가한 쿠키들이 소개되었으나, 호박고구마 분말을 쿠키 제조에 활용한 사례는 보고되지 않았다.

쿠키는 고온에서 굽는 동안 쿠키 반죽에 함유된 글루코스를 포함한 환원당과 아미노산에 의한 비효적 갈변반응의 일종인 마이야르 반응과 캐러멜 반응이 일어난다(Hodge, 1953; Starowicz와 Zieliński, 2019). 이들 화학반응을 거치면서 쿠키는 특유의 갈색, 고소한 풍미 및 바삭한 식감이 만들어지는 긍정적인 측면도 있지만, 발암 가능성이 보고되고 있는 아크릴아마이드가 생성되기도 한다(IARC, 1994).

따라서 본 연구에서는 쿠키의 주재료인 밀가루 대신 생리활성물질이 풍부하고 항산화 활성이 우수한 호박고구마 분말을 2~8%까지 첨가하여 쿠키를 제조한 후 이화학적 품질특성과 항산화 물질의 함량, 항산화 활성을 측정하고, 쿠키 제조과정 중에 생성되는 아크릴아마이드 저감화 가능성을 탐색함으로써 쿠키 제조에 호박고구마의 적용 가능성을 알아보았다.

실험재료 및 시약

본 연구에 사용한 박력분 밀가루(Samyang Co., Ltd., Seoul, Korea), 버터(Seoul Milk, Seoul, Korea), 베이킹파우더(Geonwon Food, Gimpo, Korea), 달걀(CJ Freshway, Yongin, Korea), 백설탕(CJ Cheiljedang Co., Ltd., Incheon, Korea)은 시판품을 구입하여 사용하였다. 호박고구마는 해남지역의 농장에서 재배된 것을 온라인 쇼핑몰을 통해 구입하였다. Folin-Ciocalteu’s phenol reagent, gallic acid, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH), 아크릴아마이드 및 탄소 13 동위원소(¹³C₃)로 치환된 아크릴아마이드 내부표준물질은 Sigma-Aldrich Chemical Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt(ABTS)는 Flunk(Hekdelberg, Germany)에서 구입하였다. 아크릴아마이드 표준품은 1 mg/mL의 농도가 되도록 증류수에 용해시킨 후 분석에 적합하도록 희석하여 사용하였고, 아크릴아마이드 내부표준물질은 1 mg/mL의 농도가 되도록 메탄올에 용해시킨 후 0.1% formic acid를 첨가하여 200 ng/mL가 되도록 조제하여 사용하였다. 그 외 시약들은 Sigma-Aldrich Chemical Co.와 Junsei Chemical Co., Ltd.(Tokyo, Japan)에서 구입하여 실험에 사용하였다. 아크릴아마이드 분석을 위한 용매는 HPLC grade(J&T Baker, Phillipsburg, NJ, USA)를 사용하였고, 아크릴아마이드 정제 컬럼인 Oasis HLB SPE 카트리지는 Waters Corporation(Milford, MA, USA)에서, Bond Elut-Accucat SPE 카트리지는 Agilent Technologies(Memphis, TN, USA)에서 구입하였다.

호박고구마 분말 및 쿠키 제조

고구마는 흐르는 물에 깨끗이 세척하여 이물질을 제거한 후 3 mm 두께로 슬라이스 하여 -80°C에서 동결시킨 다음 동결건조기(FDU-1200, EYELA, Tokyo, Japan)에 넣어 건조시켰다. 동결건조된 호박고구마는 커피 분쇄기(PGR 002M, Supreme Electric Co., Ltd., Guangzhou, China)에 넣어 고속에서 1분간 3회에 걸쳐 곱게 마쇄한 후 850 μm(표준체 No. 20) 이하의 크기가 되도록 분말화시켜 -20°C에서 보관하면서 실험에 사용하였다.

쿠키는 선행연구(Yeom과 Hwang, 2020)를 참고하여 여러 차례 예비실험을 통해 Table 1과 같은 배합비로 제조하였다. 밀가루 대신 첨가하는 호박고구마 분말 함량이 8% 이상이 되면 쿠키 반죽이 단단해지고 조직감에 대한 선호도가 낮아짐을 확인하여 호박고구마 분말은 최대 8%까지 첨가하였다. 호박고구마를 첨가하지 않고 제조한 쿠키를 대조군으로 하였고, 실험군은 대조군에 사용한 밀가루 함량의 2, 4 및 8%를 호박고구마 분말로 대체하여 제조하였다. 설탕과 실온에 꺼내둔 버터를 믹싱기(MUM54420, BOSCH, Munich, Germany)에 넣고 1단으로 1분, 3단으로 30초, 5단으로 30초 순서로 혼합하여 크림화하였다. 크림화된 반죽에 달걀을 첨가하여 3단으로 2분간 혼합한 후, 밀가루와 베이킹파우더를 섞어 체에 2번 쳐서 첨가하고 주걱으로 잘 혼합하여 호박고구마 분말 함량에 따른 네 가지 쿠키 반죽을 완성하였다. 쿠키 반죽은 마르지 않도록 랩에 싸서 냉장고에서 1시간 동안 휴지시킨 후 밀대로 균일하게 펴서 지름 40 mm, 두께 7 mm의 알루미늄 쿠키 틀로 찍어낸 뒤, 윗불 160°C, 아랫불 140°C로 예열한 오븐에서 15분간 구운 다음 실온에서 30분간 식혀 분석용 시료로 사용하였다.

Table 1 . Formula for cookies containing various amounts of pumpkin sweet potato powder.

Ingredients (g)	Pumpkin sweet potato powder (%)
	0	2	4	8
Sweet potato powder	0	2	4	8
Wheat flour	100	98	96	92
Butter	35	35	35	35
Sugar	25	25	25	25
Egg	25	25	25	25
Baking powder	0.5	0.5	0.5	0.5
Salt	0.5	0.5	0.5	0.5

쿠키의 퍼짐성, 팽창률 및 손실률 측정

쿠키의 퍼짐성 지수(spread factor)는 AACC법(2000)에 따라 쿠키의 직경과 평균 두께를 측정하여 계산하였다. 쿠키의 직경은 쿠키 6개를 나란히 수평으로 정렬하여 총길이를 측정하고, 다시 90° 회전시킨 후 동일한 방법으로 총길이로 측정하였다. 쿠키의 두께는 쿠키 6개를 수직으로 쌓은 후 높이를 측정하고, 쌓은 순서를 바꾸어 또다시 측정하였다.

팽창률은 쿠키를 오븐에 굽기 전과 후의 대조군과 실험군 쿠키의 무게 차이를 측정하고 아래 식에 대입하여 계산하였다.

손실률은 쿠키를 굽기 전과 구운 후 무게를 각각 측정한 후 아래의 식에 대입하여 산출하였다.

$$쿠키의퍼짐성지수=\frac{쿠키6개의평균직경\left(mm\right)}{쿠키6개의평균두께\left(mm\right)}$$

$$팽창률\left(\%\right)=\frac{굽기전후의실험군쿠키의중량차\left(g\right)}{굽기전후의대조군쿠키의중량차\left(g\right)}\times 100$$

$$손실률\left(\%\right)=\frac{굽기전후한개의중량차\left(g\right)}{굽기전반죽한개의중량\left(g\right)}\times 100$$

일반성분 함량 측정

쿠키를 분쇄기(PGR 002M, Supreme Electric Co., Ltd.)에 넣고 균일한 크기의 분말로 균질화하여 일반성분을 측정하였다(AOAC International, 1995). 수분은 드라이오븐(EYELA)에서 105°C 상압건조법으로 정량하였고, 조회분은 시료를 회화로(Jeil, Seoul, Korea)에 넣고 600°C에서 회화시켜 측정하였다. 조단백질은 semimicro-Kjeldhl법으로 단백질 분석기(Kjeltec 2400 AUT, Foss Tecator, Eden Prairie, MN, USA)를 이용하여 정량하였고, 조지방은 diethyl ether로 추출하여 Soxhlet 추출기(Soxtec System HT 1043, Foss Tecator)로 측정하였다.

당도, pH 및 경도 측정

쿠키를 분쇄기(PGR 002M, Supreme Electric Co., Ltd.)에 넣고 균일한 크기로 분쇄한 후에 분쇄한 시료 5 g에 95% 에탄올 10 mL를 첨가하여 vortex mixer로 혼합하였다. 혼합액은 40°C에서 10분 동안 초음파 추출을 하여 30분간 16,700 rpm에서 원심분리(Mega 17R, Hanil Co., Daejeon, Korea)하여 얻은 상등액을 가지고 당도와 pH를 측정하였다. 당도는 당도계(PR-201α, Atago Co., Tokyo, Japan)를 이용하였고, pH는 pH meter(420 Benchtop, Orion Research, Beverly, MA, USA)로 측정하였다.

쿠키의 경도(hardness)는 쿠키를 제조한 당일 상온에서 texture analyzer(CT3 10K, Brookfield, Middleboro, MA, USA)로 텍스처 프로파일 분석(texture profile analysis)을 하였다. 경도는 TA25/1000 probe를 이용하였고, target type은 % deformation, target value는 60%, pre-test speed 2.0 mm/s, test speed 10.0 mm/s, load cell 100 g으로 설정하여 측정하였다.

색도 측정

쿠키의 색도는 색차계(Chroma Meter CR-300, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 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.

총 폴리페놀 함량 분석

분말화한 쿠키 시료 5 g에 95% 에탄올 20 mL를 넣고 vortex mixer로 15초 동안 균질하게 혼합한 후 원심분리(9,000 rpm, 10 min)하여 얻은 상등액으로 총 폴리페놀 함량을 측정하였다. 적절한 농도로 희석한 시료액 0.5 mL에 2 N Folin 시약 0.5 mL를 혼합한 후 3분간 실온에서 반응시키고, 2% sodium carbonate 1.5 mL를 첨가한 뒤 2시간 동안 암소에서 반응시킨 후, 분광광도계(Infinite M200 Pro, Tecan Group Ltd., San Jose, CA, USA)를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. Gallic acid를 표준물질로 하여 검량선을 작성하였고, 시료 중에 함유된 총 폴리페놀 함량은 gallic acid equivalent(GAE)로 나타내었다.

항산화 활성 측정

쿠키의 항산화 활성을 DPPH 라디칼 소거 활성(Cheung 등, 2003), ABTS 라디칼 소거 활성(Re 등, 1999) 및 환원력(Oyaizu, 1986)으로 측정하였다. 분말화한 쿠키 시료 5 g에 95% 에탄올 20 mL를 넣어 vortex mixer로 균질하게 혼합한 후 원심분리(9,000 rpm, 10 min)하여 얻은 상등액으로 항산화 활성을 측정하였다.

DPPH 라디칼 소거 활성은 쿠키 추출액 100 μL와 0.2 mM DPPH 용액 100 μL를 혼합하여 37°C에서 30분간 반응시킨 후 분광광도계로 515 nm에서 흡광도를 측정하였다. 아래 식에 따라 DPPH 라디칼 소거 활성을 계산하였다.

$$DPPH라디칼소거활성\left(\%\right)=\left(1-\frac{시료첨가구의흡광도}{시료무첨가구의흡광도}\right)\times 100$$

ABTS 라디칼 소거 활성은 실험 시작 24시간 전에 ABTS 양이온을 형성시키기 위해 7.0 mM ABTS와 2.45 mM potassium persulfate를 빛을 차단한 곳에서 반응시켰다. 실험 전 735 nm에서 흡광도 값이 0.17±0.03이 되도록 에탄올로 희석하여 사용하였다. 흡광도를 맞춘 ABTS 용액 100 μL와 쿠키 추출액 100 μL를 혼합하여 37°C에서 30분간 반응시킨 후 분광광도계로 732 nm에서 흡광도를 측정하였다. 아래 식에 따라 ABTS 라디칼 소거 활성을 계산하였다.

$$ABTS라디칼소거활성\left(\%\right)=\left(1-\frac{시료첨가구의흡광도}{시료무첨가구의흡광도}\right)\times 100$$

환원력은 쿠키 추출액 0.5 mL에 20 mM 인산 완충액(pH 6.6) 0.5 mL와 1%의 potassium ferricyanide 0.5 mL를 순서대로 첨가한 후 50°C로 맞춰진 항온수조에서 20분간 반응시켰다. 반응액에 10% trichloroacetic acid 용액 1 mL를 넣어 혼합한 후에 9,000 rpm에서 15분간 원심분리하여 상등액을 얻었다. 이 상등액 1 mL에 증류수 및 ferric chloride를 각각 1 mL씩 가하여 혼합한 후 분광광도계로 720 nm에서 측정한 흡광도 값을 환원력으로 나타냈다.

아크릴아마이드 추출 및 기기 분석

아크릴아마이드 함량은 FDA 분석법(US Food & Drug Administration, 2003)을 변형하여 측정하였다. 균일하게 분쇄한 쿠키 시료 1 g을 50 mL 폴리프로필렌 원심분리용 튜브에 넣고 1 mL의 아크릴아마이드 내부 표준용액과 9 mL의 증류수를 넣어 잘 혼합한 후 진탕기(BF-60SIR-1, BioFree, Seoul, Korea)에 넣고 300 rpm으로 25분 동안 추출한 뒤 원심분리기(Mega 17R, Hanil)로 9,000 rpm에서 30분 동안 1차 원심분리를 하였다. 이후 원심분리하여 얻은 물층 중에서 5 mL를 새로운 튜브에 옮기고 7,000 rpm으로 10분간 2차 원심분리하여 A 용액을 얻었다. 메탄올 3.5 mL와 증류수 3.5 mL로 미리 활성화해 둔 Oasis HLB SPE 카트리지에 A 용액 1.5 mL를 넣어 통과시킨 후 증류수 0.5 mL를 첨가하여 나온 용액은 흘려버리고, 증류수 1.5 mL로 용출시킨 용액을 새로운 튜브에 모았다(B 용액). 메탄올 2.5 mL와 증류수 2.5 mL로 미리 활성화해 Bond Elut-Accucat SPE 카트리지에 B 용액 1.5 mL를 넣은 후 처음 0.5 mL를 흘려버리고, 이후 얻어진 용액 1 mL를 새로운 튜브에 모아 아크릴아마이드 분석에 사용하였다.

아크릴아마이드는 Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry(LC/MS)-2020(Shimadzu, Kyoto, Japan)과 Nexera XR(Shimadzu, Kyoto, Japan)로 분석하였다. 분석에 사용한 이동상은 0.1% acetic acid와 0.5% formic acid가 포함된 수용액으로 하였고, 질량분석은 positive ESI(electrospray ionization)를 이용한 MRM(multiple reaction monitoring) 방식으로 아크릴아마이드는 m/z 72→55, 탄소 13 동위원소(¹³C₃)로 치환된 내부표준물질은 75→58을 선택하여 확인하였다.

통계분석

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

쿠키의 퍼짐성, 팽창률 및 손실률 측정

호박고구마 분말 첨가 쿠키의 퍼짐성 지수, 팽창률 및 손실률을 측정한 결과는 Table 2와 같다. 쿠키의 퍼짐성, 팽창률 및 손실률은 대조군에 비해 호박고구마 분말 첨가량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 호박고구마 쿠키의 퍼짐성은 대조군이 4.50으로 가장 높았고, 호박고구마 분말을 2~8% 첨가함에 따라 4.45에서 4.39까지 감소하였다. 쿠키의 퍼짐성은 쿠키 반죽을 성형하여 오븐에서 굽는 동안 고온에 의해 반죽이 옆으로 퍼지면서 직경이 증가하고 두께가 얇아지는 것으로(Mudgil 등, 2017), 반죽 시간, 반죽의 점성, 굽는 온도, 밀가루의 수분 흡수율, 부재료의 종류 및 함량에 따라 달라진다(Choi 등, 2014; Mudgil 등, 2017). 일반적으로 쿠키 반죽의 수분함량이 높으면 반죽의 점도가 낮아져서 쿠키를 굽는 동안 쿠키의 직경이 바깥쪽으로 넓어져 퍼짐성이 증가한다(Choi 등, 2007). 선행연구에서도 쿠키에 자색콜라비 분말(Cha 등, 2014), 아사이베리 분말(Choi 등, 2014), 녹차 분말(Hwang과 Park, 2021) 등과 같이 식이섬유가 풍부하고 동결건조를 통해 수분을 제거한 부재료를 쿠키 반죽에 첨가함에 따라 쿠키의 퍼짐성이 감소하여 본 연구 결과와 유사한 경향성을 보였으며, 이는 이들 부재료에 함유된 식이섬유가 수분을 많이 흡수하여 쿠키의 퍼짐성을 감소시킨 것으로 사료된다. 호박고구마 분말은 동결건조의 과정을 거쳐 수분을 제거하였기 때문에 밀가루에 비해 수분이 낮아졌으며, 이에 따라 호박고구마 분말 첨가량이 증가함에 따라 쿠키 반죽의 부드러움이 감소하였고, 반죽의 건조도가 매우 높아짐을 확인하였다.

Table 2 . Spread factor, leavening rate, and loss rate of cookies containing various amounts of pumpkin sweet potato powder.

Measurement	Pumpkin sweet potato powder (%)
	0	2	4	8
Spread factor	4.50±0.13a	4.45±0.15a	4.42±0.14b	4.39±0.13b
Leavening rate (%)	100.00±0.00a	98.92±3.61a	95.65±7.53b	89.59±6.55c
Loss rate (%)	15.22±2.28a	14.94±2.62a	14.45±0.98b	13.62±2.12c

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the same superscript (a-c) within the same row are not significantly different at P<0.05..

팽창률은 쿠키를 고온에서 굽는 동안 반죽이 팽창하는 정도를 의미하고 쿠키 반죽의 수분함량, 유지의 종류와 양, 부재료 등에 따라 달라지며, 잘 팽창된 쿠키는 바삭하고 고유의 풍미를 지니게 된다(Mudgil 등, 2017). 호박고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군 쿠키의 팽창률을 100%로 하고 호박고구마 분말 첨가량에 따른 쿠키의 팽창률을 측정한 결과, 호박고구마 분말을 2~8% 첨가함에 따라 쿠키의 팽창률은 98.92%에서 89.59%로 감소하였다. 호박고구마 분말 함량이 높은 쿠키의 팽창률 감소는 호박고구마 분말 첨가량이 증가함에 따라 호박고구마에 함유된 섬유소가 반죽의 수분을 흡수하여 팽창에 필요한 수분이 대조군에 비해 부족하여 나타난 현상으로 사료된다.

손실률은 대조군에서 15.22로 가장 높았고 호박고구마 분말 2% 처리군에서는 14.94%로 대조군과 유사했으나, 호박고구마 분말 4% 및 8% 첨가군에서는 손실률이 각각 14.45%에서 13.62%로 감소하였다. 이는 호박고구마 분말 첨가량이 증가할수록 쿠키 반죽 내의 수분을 호박고구마에 함유된 섬유소가 흡수하여 손실률을 감소시킨 것으로 판단된다. 녹차 분말(Hwang과 Park, 2021), 대추 분말(Kim 등, 2014) 및 감과피 분말(Lim과 Cha, 2014) 첨가 쿠키에서도 밀가루에 비해 섬유소가 풍부한 부재료의 첨가량이 증가함에 따라 쿠키의 팽창률과 손실률이 감소하여 본 연구 결과와 유사함을 확인하였다.

일반성분 함량

실험에 사용된 밀가루, 호박고구마 분말 및 제조한 호박고구마 분말 함유 쿠키의 일반성분을 분석한 결과는 Table 3과 같다. 호박고구마 분말의 수분은 0.88%로 밀가루의 수분함량인 11.30%에 비해 낮았고, 호박고구마 분말의 회분은 3.23%로 밀가루의 회분 함량인 0.27%에 비해 높게 나타났다. 호박고구마 분말의 조단백질 및 조지방 함량은 각각 0.35% 및 0.62%로 밀가루보다 낮았다.

Table 3 . Proximate analysis of wheat flour, pumpkin sweet potato powder, and cookies containing various amounts of pumpkin sweet potato powder (unit: %).

Measurement	Wheat flour	Pumpkin sweet potato powder	Cookies with pumpkin sweet potato powder (%)
			0	2	4	8
Moisture	11.30±0.03a	0.88±0.25e	3.03±0.10b	2.78±0.06bc	2.45±0.40cd	2.22±0.07d
Ash	0.27±0.04b	3.23±0.13a	0.45±0.30b	0.48±0.21b	0.50±0.12b	0.59±0.12b
Crude protein	1.32±0.08a	0.35±0.05b	0.64±0.18b	0.54±0.01b	0.54±0.11b	0.40±0.28b
Crude fat	0.96±0.00b	0.62±0.03b	23.15±0.29a	23.34±2.76a	23.14±2.35a	23.93±1.32a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the same superscript (a-e) within the same row are not significantly different at P<0.05..

호박고구마 분말을 첨가하지 않고 제조한 쿠키의 수분은 3.03%로 가장 높았고, 호박고구마 분말 첨가량에 비례하여 쿠키의 수분은 2.78%에서 2.22%로 감소하는 경향을 나타냈다. 쿠키에 함유된 회분은 대조군에서 0.45%로 가장 낮았고, 호박고구마 분말 첨가량에 비례하여 0.48~0.59%로 증가하였고 호박고구마 분말 첨가량에 따른 통계적인 차이는 없는 것으로 나타났다. 이는 밀가루보다 호박고구마 분말의 회분 함량이 높아서 나타난 결과로 사료된다. 쿠키에 함유된 조단백질과 조지방 함량은 각각 0.40~0.64% 및 23.15~23.93%로 대조군과 호박고구마 분말 첨가군에서 통계적으로 유의성 있는 변화는 나타나지 않았다.

쿠키의 당도, pH 및 경도 측정

호박고구마 분말 첨가량을 달리하여 제조한 쿠키의 당도와 pH를 측정한 결과는 Table 4와 같다. 호박고구마를 첨가하지 않은 대조군의 당도가 20.40°Brix로 가장 낮았고, 호박고구마 분말 첨가량이 2~8%로 증가함에 따라 당도는 21.77~21.93°Brix로 대조군에 비해 증가하였다. 호박고구마에는 fructose, glucose, sucrose가 함유되어 있으며, 특히 sucrose 함량이 일반고구마나 자색고구마에서 높은 것으로 보고되고 있다(Ra 등, 2018). 따라서 호박고구마 분말 첨가량이 증가함에 따라 쿠키 내에 이들 유리당 함량도 높아져 당도가 증가한 것으로 판단된다.

Table 4 . Sugar content, pH, and hardness of cookies containing various amounts of pumpkin sweet potato powder.

Measurement	Pumpkin sweet potato powder (%)
	0	2	4	8
Sugar contents (°Brix)	20.40±0.00b	21.83±0.06a	21.77±0.06a	21.93±0.06a
pH	6.75±0.06a	6.52±0.04b	6.54±0.00b	6.37±0.01c
Hardness (g)	10,301.50±85.56b	10,696.50±647.00b	11,178.00±296.98a	11,744.50±306.18a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

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

쿠키의 pH를 측정한 결과, 호박고구마 분말을 첨가하지 않고 제조한 대조군의 pH는 6.75로 가장 높았고, 호박고구마 분말 첨가량이 2~8%까지 증가함에 따라 pH는 6.52~6.37로 감소하는 경향을 보였다. 호박고구마에는 oxalic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, fumaric acid가 함유되어 있으며(Ra 등, 2018), 이들 유기산으로 인해 호박고구마 분말 함량이 증가함에 따라 pH가 감소한 것으로 사료된다.

호박고구마 분말을 첨가하여 제조한 쿠키의 경도를 측정한 결과, 호박고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군의 경도는 10,301.50으로 호박고구마 분말 2%를 첨가한 쿠키의 경도인 10,696.50과 통계적으로 유의성 있는 차이는 나타나지 않았는데, 호박고구마 분말을 4% 및 8% 첨가하여 제조한 쿠키의 경도는 각각 11,178.00 및 11,744.50 g로 대조군과 호박고구마 분말 2% 첨가군보다 증가하였으나, 4%와 8% 첨가군 간에는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 쿠키의 경도는 반죽의 비중, air cell 형태, 첨가하는 부재료에 따라 다르게 나타나는데, 특히 부재료의 수분 및 섬유소 함량과 밀접한 연관성이 있다(Lim과 Cha, 2014; Choi 등, 2014). 즉, 밀가루보다 수분함량이 적은 건조 분말을 첨가하면 경도가 증가하고(Cha 등, 2014), 밀가루보다 수분함량이 높은 다진 마늘과 같은 부재료를 첨가하면 경도가 감소하는 것으로 보고되고 있다(Choi 등, 2007). 호박고구마에는 불용성 및 수용성 식이섬유소가 함유되어 있고(Ra 등, 2018), 본 연구에서는 밀가루(11.30% 수분)보다 낮은 수분함량을 지닌 동결건조하여 제조한 호박고구마 분말(0.88% 수분)을 사용하였다. 따라서 밀가루에 비해 호박고구마가 높은 섬유소 함량과 낮은 수분으로 인해 호박고구마 분말을 4% 및 8% 첨가한 쿠키의 경도가 높아진 것으로 사료된다.

색도 측정

호박고구마 분말을 첨가하여 만든 쿠키의 색도는 Table 5와 같다. 호박고구마 분말을 첨가하지 않고 제조한 대조군에서 밝기를 나타내는 명도(L*)가 70.41로 가장 높았고, 호박고구마 분말 함량이 2~8%로 증가함에 따라 명도는 67.99에서 61.13으로 감소하였다. 적색도를 나타내는 a*값은 호박고구마 분말을 첨가하지 않고 제조한 쿠키에서 3.44로 가장 낮았고, 호박고구마 분말 함량에 비례하여 a*값이 증가함을 확인하였다. 황색도를 나타내는 b*값은 호박고구마 분말을 첨가하지 않고 제조한 반죽에서 33.56이었고, 호박고구마 분말을 2% 및 4% 첨가한 쿠키에서는 34.48과 35.76으로 증가하였다. 호박고구마 분말을 8% 첨가한 쿠키의 황색도는 37.74로 가장 높았다. 호박고구마는 노란색~주황색의 천연 색소물질인 베타카로틴을 포함한 카로티노이드 물질을 함유하고 있으며(Krochmal-Marczak 등, 2020; Ra 등, 2018), 쿠키 반죽에 첨가한 호박고구마 분말 함량이 증가함에 따라 이들 색소물질의 영향으로 적색도와 황색도가 함께 높아진 것으로 사료된다.

Table 5 . Changes in Hunter’s color value of cookies containing various amounts of pumpkin sweet potato powder.

Measurement	Pumpkin sweet potato powder (%)
	0	2	4	8
L*	70.41±0.65c	67.99±2.31b	66.40±0.79a	61.13±0.30a
a*	3.44±0.63d	5.30±0.20c	7.04±0.21b	8.37±0.35a
b*	33.56±1.65c	34.48±0.12bc	35.76±0.57b	37.74±0.69a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

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

총 폴리페놀 함량

호박고구마 분말을 첨가하지 않고 제조한 쿠키의 총 폴리페놀 함량은 Fig. 1과 같다. 호박고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군의 경우 쿠키 시료 1 g당 gallic acid를 기준으로 277.23 μg이었고, 호박고구마 분말 첨가량이 증가할수록 쿠키에 포함된 총 폴리페놀 함량도 증가하였다. 즉, 호박고구마 분말을 2%, 4% 및 8% 첨가함에 따라 총 폴리페놀 함량은 280.24 μg, 350.38 μg, 457.49 μg으로 대조군 대비 1.01~1.65배까지 증가하는 것으로 나타났다.

Fig 1. Total polyphenol contents of cookies containing various amounts of pumpkin sweet potato powder. Values with the different letters (a-c) on the bars are significantly different at P<0.05. GAE: gallic acid equivalent.

호박고구마에는 chlorogenic acid, caffeic acid, p-coumaric acid, epicatechin, ferulic acid, vanillic acid 등의 페놀화합물과 quercetin, quercitrin, morin과 같은 플라보노이드 물질이 함유되어 있으며, 이들 물질의 함량은 신선한 상태에 비해 찌거나 굽는 등의 열처리 과정을 거치면서 그 함량이 증가하는 것으로 보고되고 있다(Kim 등, 2015; Seo 등, 2018). 따라서 호박고구마를 분말의 형태로 제조하여 쿠키에 첨가하는 것은 고구마에 함유된 폴리페놀 물질을 활용하기 위한 적절한 방법으로 사료된다.

항산화 활성 측정

호박고구마 분말을 첨가하여 제조한 쿠키의 항산화 활성을 알아보기 위해 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능을 측정한 결과는 Table 6과 같다. DPPH 라디칼 소거 활성은 호박고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군에서 33.853%로 나타났고, 호박고구마 분말을 2%, 4% 및 8% 첨가한 쿠키에서 각각 46.21%, 50.95% 및 65.34%까지 증가했다. ABTS 라디칼 소거 활성의 경우, 대조군은 32.892%로 가장 낮았고 호박고구마 분말 첨가량 비율에 따라 각각 46.25~62.11%로 호박고구마 분말 첨가량이 증가할수록 높게 나타났다. 환원력은 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 유사한 경향을 보였다. 호박고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군의 환원력은 0.2676으로 가장 낮았고, 호박고구마 분말 첨가량이 2~8%로 증가함에 따라 환원력은 0.3435~0.3844로 높아졌다.

Table 6 . Antioxidant activities of cookies containing various amounts of pumpkin sweet potato powder.

Measurement	Pumpkin sweet potato powder (%)
	0	2	4	8
DPPH radical scavenging activity (%)	33.85±1.71d	46.21±0.33c	50.94±1.16b	65.34±0.15a
ABTS radical scavenging activity (%)	32.89±2.08d	46.25±0.92c	50.01±1.17b	62.11±0.67a
Reducing power	0.2676±0.00d	0.3435±0.02c	0.3592±0.00b	0.3844±0.00a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the same superscript (a-d) within the same row are not significantly different at P<0.05..

고구마에는 베타카로틴, 레티놀, 비타민 C, 폴리페놀 물질들이 풍부하며, 이들은 강력한 항산화제 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Kim 등, 2015; Ra 등, 2018). 호박고구마 분말 함량이 증가함에 따라 호박고구마에 함유된 항산화물질의 함량도 증가하고 이를 통해 항산화 활성도 증가한 것으로 사료된다. 선행연구에서도 고구마를 첨가하여 제조한 젤리(Park과 Park, 2012)나 막걸리(Cheon 등, 2013)에서도 부재료로 첨가한 고구마 함량이 증가함에 따라 DPPH, ABTS와 같은 유리라디칼을 소거하는 항산화 활성이 증가하여 본 연구와 유사한 결과를 나타냈다.

아크릴아마이드 함량 분석

호박고구마 분말 함량을 달리하여 제조한 쿠키의 아크릴아마이드 분석 결과는 Fig. 2와 같다. 호박고구마 분말을 첨가하지 않은 대조군의 아크릴아마이드 함량은 42.53 μg/kg이었고, 호박고구마 분말을 2~8% 첨가함에 따라 아크릴아마이드 함량이 감소하는 경향을 보였다. 즉, 호박고구마 분말 2% 첨가군에서는 40.94 μg/kg, 4% 첨가군에서는 38.35 μg/kg, 8% 첨가군에서는 35.19 μg/kg으로 대조군에 비해 각각 3.74%, 9.83% 및 17.26%까지 감소함을 확인하였다.

Fig 2. Acrylamide concentration of cookies containing various amounts of pumpkin sweet potato powder. Values with the different letters (a-d) on the bars are significantly different at P< 0.05.

쿠키의 제조과정 중에 생성되는 아크릴아마이드는 피할 수 없기에(Lund와 Ray, 2017; Starowicz와 Zieliński, 2019) 다양한 방법으로 아크릴아마이드 함량을 저감화시키기 위한 연구가 시도되고 있다. 특히 쿠키에 항산화 성분이 풍부한 녹차 분말(Hwang과 Park, 2021), 양파껍질(Yeom과 Hwang, 2020) 등 다양한 부재료를 첨가하여 아크릴아마이드 생성량을 감소시킴과 동시에 항산화 활성을 증가시키기 위한 실용화 연구가 시도되고 있으며, 긍정적인 결과를 얻은 바 있다.

본 연구에서는 밀가루 중량 대비 호박고구마 분말을 2%, 4% 및 8% 첨가하여 쿠키를 제조하고, 쿠키의 이화학적 품질특성, 기능성 성분의 함량 및 항산화 활성을 측정하여 호박고구마 분말 첨가 쿠키의 최적 배합비를 선정하고자 하였다. 쿠키의 수분은 호박고구마 분말 첨가량에 비례하여 감소하였고, 회분은 증가하는 경향을 나타냈다. 쿠키의 조단백질 및 조지방 함량도 대조군과 호박고구마 분말 2~8% 첨가군에서는 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다. 쿠키에 첨가한 호박고구마 분말 함량에 비례하여 퍼짐성, 팽창률, 손실률은 감소하였고 pH는 감소하였다. 호박고구마 분말 첨가량에 비례하여 쿠키의 명도(L*값)는 감소하였고 적색도(a*값) 및 황색도(b*값)는 증가하였다. 총 플라보노이드 함량은 호박고구마 분말 첨가량에 비례하여 증가하였고, DPPH와 ABTS 라디칼 소거능과 환원력으로 측정한 항산화 활성도 호박고구마 분말 첨가 비율이 증가함에 따라 높아지는 경향을 보였다. 아크릴아마이드 함량은 대조군에 비해 호박고구마 분말 첨가량에 비례하여 감소하였다. 이상의 결과들로 볼 때, 쿠키에 호박고구마 분말을 첨가하면 항산화 활성을 높임과 동시에 제조과정 중에 생성되는 아크릴아마이드 저감화에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 사료된다.

본 연구는 한국연구재단 기본연구지원사업(과제번호 2021R1F1A1060605)의 지원에 의해 이루어진 것이며, 그 지원에 감사드립니다.