단백질은 생명 활동 유지를 위한 필수 영양소로, 양질의 단백질 자원과 식육 공급 문제가 국가적 문제로 화두 되고 있다(Lee 등, 2021). 국내의 경우 2000년 31.9 kg이었던 1인당 연간 육류 소비량이 2019년 54.6 kg으로 연간 평균 2.87% 증가하였다(Jung 등, 2020). 반면, 이러한 육류 소비의 증가는 식습관의 변화, 지구온난화와 같은 환경문제, 도축 과정에서 나오는 동물복지 등의 문제를 일으킨다(González 등, 2020). 이에 육류를 대체할 단백질 소재 식품의 수요가 증가하고, 그중 식물성 단백질을 이용한 대체육이 현재 대체육 시장에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다(Bonny 등, 2015).

식물성 단백질을 이용한 대체육의 제조공정으로 가장 대표적인 기술은 압출성형이다. 배럴 내부의 높은 압력과 온도 그리고 기계적 전단력 등의 복합 공정을 거쳐 식육과 유사한 조직감을 재현할 수 있고, 경제성과 생산성이 뛰어나 대체육 제조에 다양하게 활용된다(Jung 등, 2021). 대두 단백질을 이용한 대체육은 육류와 유사한 영양 특성, 질감, 맛 등의 이유로 인해 식물성 대체육의 주원료로 널리 사용해왔다. 국내에서는 콩고기라는 명칭으로 식품에 사용되어 소비자에게 친숙하고 관심도가 높은 소재로 활용되었다(Lee 등, 2021). 하지만 산업체에서 분리대두단백을 활용하여 대체육을 제조하였을 때 발생하는 문제점은 이취이다. 대두의 비린내와 쓰고 떫은 맛은 대체육 구매자들의 선호도를 떨어뜨리는 이유 중의 하나이다(Fiorentini 등, 2020).

따라서 대두 단백질을 대체 가능한 원료를 찾을 필요성이 있다. 대체 가능한 원료로는 완두, 녹두, 쌀 등이 있다. 특히 쌀 단백질은 글루텔린(glutelin)이 주된 단백질로 이루어져 있고, 대두 단백질보다 필수 아미노산이 고르게 분포되어있다(Amagliani 등, 2017). 또한, 단백질을 많이 포함하는 미강을 육제품 적용 시 경도, 씹힘성 증가의 긍정적 효과를 나타낸 연구 보고가 있다(Huang 등, 2005). 이에 대체육 원료로 쌀 단백질을 사용한다면 긍정적인 영향을 끼칠 것으로 판단된다.

최근 진행된 연구에서 쌀 단백질을 이용한 대체육 연구(Lee 등, 2022)가 진행되었는데, 대두 단백질을 쌀 단백질로 대체하였을 때 조직감 측면보다 영양 측면에서 긍정적인 영향을 끼쳤다고 보고되었다. 하지만 쌀 단백질의 물리적, 화학적 특성을 고려하였을 때 대체되는 쌀 단백질의 첨가량을 적정 수준으로 조절하면 대두 단백질의 함량을 낮출 수 있고 대체육의 조직감에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다. 따라서 본 연구는 대체육에 사용되는 원료의 특성과 분리 쌀 단백질 첨가량에 따라 제조된 저수분 압출성형 대체육의 이화학적 특성을 살펴보았다.

재료

본 실험에 사용한 원료는 분리쌀단백(Vedan Vietnam Enterprise Co., Ltd, Dong Nai Province, Vietnam), 분리대두단백(Pingdingshan Tianjing Plant Albumen Co., Ltd., Henan, China), 밀 글루텐(Roquette Freres, Lestrem, France), 옥수수 전분(Samyang Ltd., Ulsan, Korea)을 사용하였다.

압출성형공정

본 실험에 사용된 압출성형기는 실험용 동방향 쌍축압출성형기(THK31-No.5, Incheon Machinery Co., Incheon, Korea)를 사용하였고, 스크루의 직경은 3.0 cm, 길이와 직경의 비(L/D ratio)는 23:1, 압출성형기의 스크루와 사출구(die exit) 구조는 Fig. 1에 나타냈다. 저수분 대체육 원료의 배합비는 Table 1에 나타냈다. 분리쌀단백(isolated rice protein, IRP)과 분리대두단백(isolated soy protein, ISP)의 비율은 0:50, 5:45, 10:40, 15:35%로 혼합하고, 밀 글루텐(wheat gluten, WG), 옥수수 전분(corn starch, CS)은 각각 40%, 10%로 고정하였다. 공정변수는 스크루 회전속도 250 rpm, 배럴 온도 140°C, 수분함량을 40%로 고정하여 압출하였다. 배럴 온도는 전열기와 냉각수를 이용하여 조절하였다.

Table 1 . Formulation of extruded low-moisture meat analog with different isolated rice protein content.

Isolated rice protein (%)	Isolated soy protein (%)	Wheat gluten (%)	Corn starch (%)
0	50	40	10
5	45
10	40
15	35

Fig 1. Schematic diagram of extrusion cooking with the screw configuration and die exit.

제조한 대체육은 열풍건조기(FC-PO-250, Lap House, Pocheon, Korea)로 60°C에서 24시간 건조해 보관했다. 건조된 대체육은 가정용 분쇄기(FM-909T, Hanil, Haman, Korea)로 분쇄한 뒤, 50과 70 mesh 사이의 분말을 사용하였다.

일반성분

저수분 압출성형에 사용한 원료의 일반성분은 수분함량은 105°C 상압 가열건조법, 조단백질 함량은 Ninhydrin 방법(Starcher, 2001), 조지방, 조회분은 AOAC(1995) 방법에 따라 측정하였고 탄수화물은 시료 전체를 100% 기준으로 수분, 조단백, 조지방, 조회분 함량 외의 값으로 산출하였다.

수분흡착지수와 수분용해지수

원료의 수용성 성질을 분석하기 위하여 AACC(1983) 방법을 응용하여 건량 기준 0.3 g에 증류수 5 mL를 가하여 25°C의 Shaker(SI-300R, Jelotech, Gangneung, Korea)에서 1시간 동안 추출한 후 3,000 rpm에서 30분간 원심분리하였다. 침전물 무게를 측정한 값을 이용하여 수분흡착지수(water absorption index, WAI)를 식 (1)로 계산하였고, 상등액을 105°C 열풍건조기(FC-PO-250, Lap House)에서 3시간 동안 건조하여 고형분 함량을 측정한 값을 이용하여 수분용해지수(water soluble index, WSI)를 식 (2)로 산출하였다.

(1)$$\text{WAI}\left(\text{g/g}\right)\text{=}\frac{\text{Weight}\text{of}\text{sediment}}{\text{Weight}\text{of}\text{dry}\text{solid}}$$

(2)$$\text{WSI=}\frac{\text{Weight}\text{of}\text{dissolved}\text{solid}\text{in}\text{supernatant}}{\text{Dry}\text{sample}\text{weight}}\text{×100}$$

아미노산 조성

아미노산 분석은 Kang 등(1994)의 방법을 응용하여 시료에 6 N 염산 2 mL를 넣고 110°C에서 24시간 가수분해 후, 염산 가수 분해물을 농축하여 염산을 제거하여 0.155 M lithium citrate 완충액(pH 2.8)에 용해시킨 다음 0.2 µM의 filter에 통과시켜 amino acid analyzer(L-8900, Hitachi High-Technologies Co., Ltd., Tokyo, Japan)로 분석하였다.

SDS-PAGE

SDS-PAGE를 분석하기 위해 Amagliani 등(2017)의 방법을 변형하여 이용하였다. 1%의 DTT, 2% SDS, 2 M thiourea 그리고 6 M urea를 20°C에서 2시간 동안 Ultrasonic bath(ESD2850B, Hwashin Technology, Seoul, Korea)를 이용하여 추출한 상등액을 사용하여 샘플을 준비하였다. 110 V에서 2시간 동안 Mini protein electrophoresis assay unit(Bio-Rad Laboratories, CA, USA)을 이용하여 전기영동 후 1시간 염색한 다음 2시간 탈색하였다.

수분 보유력

압출성형 대체육의 수분 보유력(water holding capacity, WHC)을 측정하기 위해 Cho와 Ryu(2020)의 방법을 변형하여 측정했다. 1.5 cm×1.5 cm 크기로 절단한 대체육을 90°C의 water bath에서 30분간 수화시키고, 15분간 물을 제거한 후 그 무게를 측정했다. 수화 전 대체육의 무게와 수화 후 대체육의 무게를 이용하여 식 (3)으로 값을 산출하였다.

(3)$$\text{WHC}\left(\text{\%}\right)\text{=}\frac{\text{Wet}\text{sample}\text{Weight-Dry}\text{sample}\text{weight}}{\text{Dry}\text{sample}\text{weight}}\text{×100}$$

조직감

대체육의 조직감 측정은 Sun Rheometer(Compac-100Ⅱ, Sun Sci. Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 측정했다. 시료는 약 1.5×1.5 cm의 크기로 절단하여 사용했다. 건조한 대체육을 Water bath에서 90°C, 30분 동안 수화 후 15분간 물을 제거하여 측정했다. 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 씹힘성(chewiness)은 probe 1번(직경 2.5 cm), 최대응력 10 kg으로 측정했고, 절단 강도(cutting strength)는 cutting probe(7.5 mm×38.3 mm), 최대응력 2 kg으로 측정했다. Trinh과 Glasgow(2012)가 제시한 식 (4), (5), (6)을 이용하여 탄력성, 응집성, 씹힘성을 각각 계산했고, 절단 강도는 절단 면적에 대한 힘으로 식 (7)로 계산했다. 총 10회 측정하여 평균값을 산출하여 계산하였다.

(4)$$\begin{array}{l}\text{Springiness}\left(\text{\%}\right)\text{=}\frac{{\text{D}}_{\text{2}}}{{\text{D}}_{\text{1}}}\text{×100}\\ \begin{array}{l}{\text{D}}_{\text{1}}\text{: Distance of first occurred maximum stress}\hfill \\ {\text{D}}_{\text{2}}\text{: Distance of second occurred maximum stress}\hfill \end{array}\end{array}$$

(5)$$\begin{array}{l}\text{Cohesiveness}\left(\text{\%}\right)\text{=}\frac{{\text{A}}_{\text{2}}}{{\text{A}}_{\text{1}}}\text{×100}\\ \begin{array}{l}{\text{A}}_{\text{1}}\text{: Area of first occurred maximum stress}\hfill \\ {\text{A}}_{\text{2}}\text{: Area of second occurred maximum stress}\hfill \end{array}\end{array}$$

(6)$$\text{Chewiness}\left(\text{g}\right)\text{=}\frac{\text{Springiness}}{\text{100}}\text{×}\frac{\text{Cohesiveness}}{\text{100}}\text{×Maximum}\text{stress}$$

(7)$$\text{Cutting}\text{strength}\left({\text{g/cm}}^{\text{2}}\right)\text{=}\frac{\text{Maximum}\text{stress}}{\text{Cross}\text{sectional}\text{area}}$$

조직잔사지수

대체육의 조직 형성의 정도를 평가하기 위해 Samard와 Ryu(2019a)의 방법을 변형하여 조직잔사지수(integrity index)를 측정했다. 건조된 대체육 약 5 g을 증류수 100 mL가 담긴 삼각플라스크에 넣고 90°C의 water bath에서 30분 동안 수화시킨 후 autoclave를 이용하여 121°C, 15분간 고압 가열을 하였다.

고압 가열한 대체육을 흐르는 물에 30초 냉각시키고, 100 mL의 증류수를 첨가하여 Homogenizer(T-10 basic Ultra-Turrax, IKA Co., Ltd., Seoul, Korea)를 이용하여 17,450 rpm으로 1분간 균질화시켰다. 잔사는 20 mesh 체에서 흐르는 물에 씻어낸 후 60°C에서 24시간 건조하여 잔여물의 무게와 시료의 무게를 식 (8)로 계산하였다.

(8)$$\text{Integrity}\text{index}\left(\text{\%}\right)\text{=}\frac{\text{Dry}\text{residue}\text{weight}}{\text{Sample}\text{weight}}\text{×100}$$

수용성 질소지수

대체육의 수용성 질소지수(nitrogen solubility index, NSI)는 Caprita 등(2010)의 방법을 변형하여 측정했다. 시료 0.1 g을 0.5% KOH 용액 5 mL에 넣고 30°C의 Shaker(SI-300R, Jelotech)에서 120 rpm으로 20분 동안 교반하여 추출하였다. 그 후 3,000 rpm에서 30분간 원심분리한 후, 0.05 mL의 상등액을 최종적으로 취하여 Starcher(2001)의 ninhydrin 방법을 응용하여 수용성 질소 함량(soluble nitrogen content)을 측정하였다.

시료 0.1 g을 6 N의 HCl에 100°C, 24시간 동안 완전히 가수분해하여 5 mL의 증류수에 희석 후 상등액 0.05 mL를 취하여 ninhydrin 방법으로 총 질소 함량(total nitrogen content)을 측정하고 식 (9)로 수용성질소지수를 산출하였다.

(9)$$\text{NSI}\left(\text{\%}\right)\text{=}\frac{\text{Soluble}\text{nitrogen}\text{content}}{\text{Total}\text{nitrogen}\text{content}}\text{×100}$$

조직화 정도

대체육의 조직화 정도(degree of texturization)는 Sun Rheometer(Compac-100Ⅱ, Sun Sci. Co.)로 측정하였으며 시료는 1.5 cm×1.5 cm 크기로 절단하여 사용하였고 최대응력은 2 kg으로 하였다.

대체육의 수화는 Cho와 Ryu(2020) 방법을 응용하여 water bath에서 90°C, 30분 동안 수화 후 15분간 물을 제거하여 대체육 흐름 방향의 수직(FV), 평행 방향 절단 강도(FP)를 총 10회 측정하고 식 (10)으로 산출했다. 조직화정도 측정에 사용한 cutting probe와 대체육 흐름 방향의 수직(FV), 평행 방향(FP)의 시료 절단면을 Fig. 2에 나타냈다(Mohamad 등, 2020).

Fig 2. he cutting probe type and direction for the determination of (A) vertical direction (F_V) and (B) parallel direction (F_P).

(10)$$\begin{array}{l}\text{Degree}\text{of}\text{texturization=}\frac{{\text{F}}_{\text{V}}}{{\text{F}}_{\text{P}}}\\ {\text{F}}_{\text{V}}{\text{: Vertical direction F}}_{\text{P}}\text{: Parallel direction}\end{array}$$

통계처리

결과의 통계처리는 SPSS(Statistical Package for Social Science) 프로그램(version 26.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 일원 배치 분산분석(one-way ANOVA)을 하였다. 유의적 차이가 있는 항목을 P<0.05 수준에서 그 결과를 Duncan’s multiple range test로 검정하였다. 또한 측정 항목 간 상관관계는 Pearson’s correlation analysis를 이용하여 분석하였다.

대체육의 원료 특성

일반성분 및 수용성질소지수: 저수분 대체육 원료의 일반성분 분석은 Table 2에 나타냈다. IRP의 수분함량은 4.8±0.79%, 조단백은 82.9±0.34%, 조지방은 4.1±0.25%, 조회분은 1.5±0.46%, 탄수화물은 6.7±0.82%였고, ISP의 수분함량은 6.9±0.83%, 조단백은 80.9±0.32%, 조지방은 2.3±0.53%, 조회분은 5.1±0.37%, 탄수화물은 4.8±0.73%였으며, WG의 수분함량은 9.5±0.79%, 조단백은 72.8±0.28%, 조지방은 4.0±0.48%, 조회분은 0.8±0.52%, 탄수화물은 12.9±0.38%이다.

Table 2 . Proximate composition, WAI, WSI, and NSI of raw material used in extruded low-moisture meat analog.

Composition	Raw material
	IRP1)	ISP2)	WG3)
Moisture (%)	4.8±0.79	6.9±0.83	9.5±0.79
Crude protein (%)	82.9±0.34	80.9±0.32	72.8±0.28
Crude fat (%)	4.1±0.25	2.3±0.53	4.0±0.48
Crude ash (%)	1.5±0.46	5.1±0.37	0.8±0.52
Carbohydrate (%)	6.7±0.82	4.8±0.73	12.9±0.38
NSI4) (%)	82.08±1.27	95.53±0.27	93.81±1.25
WAI5) (g/g)	3.34±0.04	8.32±0.10	1.66±0.06
WSI6) (%)	4.12±0.18	24.66±0.77	5.65±0.10

¹⁾IRP: isolated rice protein..

²⁾ISP: isolated soy protein..

³⁾WG: wheat gluten..

⁴⁾NSI: nitrogen soluble index..

⁵⁾WAI: water absorption index..

⁶⁾WSI: water soluble index..

원료 NSI가 높을수록 조직화에 용이하다고 알려져 있는데(Park 등, 2017), 원료 NSI는 IRP가 82.08±1.27%, WG는 93.81±1.25%의 값을 나타냈고, ISP가 95.53±0.27%로 가장 높은 값을 나타내었다.

WAI 및 WSI: WAI는 단백질 분자의 크기, 구조적 특성, 단백질 분자 내 아미노산의 친수성 및 소수성의 비율에 영향을 받는다(Cha 등, 2020). WAI와 WSI는 Table 2에 나타냈다. WAI는 ISP가 가장 높은 값 8.32±0.10 g/g을 나타냈고, WG가 1.66±0.06 g/g으로 가장 낮은 값을 나타냈다. 이는 ISP의 WAI가 IRP, WG보다 높은 값을 나타냈다는 Zhao 등(2020)의 보고와도 일치하였다. WSI는 ISP가 24.66±0.77%로 가장 높은 값을 나타냈고 IRP는 4.12±0.18%로 가장 낮은 값을 나타냈다.

아미노산 조성: 원료의 아미노산 조성은 Table 3에 나타냈다. IRP, ISP, WG 원료들의 glutamine acid는 각각 13.81%, 15.90%, 26.66%로 가장 많은 양을 포함하였다. IRP와 ISP는 aspartic acid, leucine, arginine 순으로 많은 양을 포함하였고, WG는 proline, leucine, serine 순으로 포함되었다. 함황아미노산은 압출 시 이황화 결합을 통해 단백질 구조를 안정시키고 대체육 구조를 형성하는 주된 요인이라고 보고하였다(Samard와 Ryu, 2019b). 함황아미노산인 methionine과 cystine은 IRP 2.04%, 1.86% 그리고 ISP는 1.00%, 0.99%의 값을 가졌으며 ISP보다 IRP의 함황아미노산 비율이 약 2배 높았다. ISP의 lysine은 5.16%로 IRP 2.45%에 비해 상대적으로 많은 양을 포함하고 있었다. 이에 IRP는 lysine, ISP는 methionine이 부족한 아미노산임을 알 수 있었고 ISP와 IRP의 원료 혼합으로 서로 부족한 필수 아미노산을 보완할 것으로 판단된다.

Table 3 . Amino acid contents of raw materials and extruded low-moisture meat analog.

Amino acid (%)	Raw material
	IRP1)	ISP2)	WG3)
Aspartic acid	6.87	9.56	2.32
Threonine	2.92	3.2	1.93
Serine	4.12	4.47	3.69
Glutamic acid	13.81	15.9	26.66
Glycine	3.45	3.38	2.43
Alanine	4.41	3.43	1.85
Valine	4.46	3.56	2.74
Isoleucine	2.96	3.45	2.35
Leucine	6.46	6.5	5
Tyrosine	3.9	3.04	2.41
Phenylalanine	4.22	4.27	3.74
Lysine	2.45	5.16	1.18
Histidine	1.86	2.07	1.47
Arginine	6.32	6.31	2.47
Cystine	1.86	0.99	1.46
Methionine	2.04	1	1.07
Proline	3.72	4.42	8.79
Total amino acid	75.83	80.71	71.56

¹⁾IRP: isolated rice protein. ²⁾ISP: isolated soy protein..

³⁾WG: wheat gluten..

SDS-PAGE: 대체육 원료의 SDS-PAGE 분석은 Fig. 3에 나타냈다. 쌀 단백질은 4가지 구성 단백질로 나눌 수 있다. 수용성 단백질(알부민), 알코올 용해성 단백질(프롤라민), 염 용해성 단백질(글로불린), 알칼리 용해성 단백질(글루텔린)을 포함하고 있고, 그중 글루텔린이 약 80% 차지하고 있는 것으로 알려져 있다(Liu 등, 2018). Fig. 3의 IRP에서는 32 kDa과 18~20 kDa에서 글루텔린의 밴드를 확인할 수 있었다. 이는 글루텔린의 분자량 30~40(α 또는 산성) 및 19~23 kDa(β 또는 염기성)인 2개의 분자량을 가진다는 Agboola 등(2005)의 연구 결과와 일치하였다.

Fig 3. SDS-PAGE profiles of protein from raw materials. M: maker, IRP: isolated rice protein, ISP: isolated soy protein, WG: wheat gluten.

대두 단백질은 일반적으로 구상 단백질로 이루어져 있고 2S, 7S, 11S(글리시닌), 15S 4가지 주요 단백질로 구성된다. 그중 7S와 11S가 약 80% 정도를 차지한다. 7S 글로불린은 α(67 kDa), α'(71 kDa) 및 β(50 kDa)로 정의된 3개의 단백질로 구성 보고하였고, 11S는 35 kDa, 20 kDa의 분자량을 갖는다고 보고하였다(Nishinari 등, 2014). Fig. 3의 ISP는 60~70 kDa에서 7S 글로불린의 주요 밴드가 관찰되었고, 30 kDa에서도 11S의 밴드를 관찰할 수 있었다.

밀 단백질은 고분자량 글루테닌 약 100 kDa의 분자량을 가진다. 글리아딘은 약 30에서 50 kDa 사이의 분자량을 갖는다(Zhao 등, 2020). Fig. 3의 WG는 100 kDa과 40 kDa에서 주요 밴드를 관찰 할 수 있었다. IRP의 분자량은 ISP에 비교하여 상대적으로 저분자 구간에 분포된 것을 확인할 수 있었다.

저수분 대체육 이화학적 특성

수분보유력: WHC는 흡수되는 수분이 대체육의 기공에 결합하여 고정된 정도에 따라 대체육 품질을 결정하는 요소이다(Cho와 Ryu, 2020). IRP를 첨가한 대체육의 WHC는 Fig. 4에 나타냈다. IRP 함량이 0에서 10%로 증가하면서 대체육의 WHC는 404±30, 217±20, 169±20%로 감소했다. 이는 Fig. 5와 같이 IRP의 함량이 증가함에 따라 기공의 크기가 감소한 것을 확인하였고, 기공의 크기가 감소함에 따라 수분을 보유하는 능력이 낮아진 것으로 판단된다. 또한 다른 원료와 비교하여 상대적으로 분자량이 작은 IRP 함량이 증가함에 따라 용융물의 점도가 낮아져 사출구를 통과할 때 팽화가 감소한 것으로 판단된다(Fig. 3).

Fig 4. Water holding capacity of extruded meat analog with different isolated rice protein content.

Fig 5. Cross section by vertical and parallel directions, fibrous structure low-moisture meat analog with different isolated rice protein content.

조직감: IRP를 첨가한 대체육의 조직감은 Table 4에 나타냈다. 수화된 대체육의 탄력성은 IRP 함량 0%에서 94.8±2.1%로 가장 높았고, IRP 함량 10%에서 85.4±3.3%에서 가장 낮은 수치를 보였다. 응집력도 탄력성과 마찬가지로 IRP 함량 0%에서 90.8±2.1%로 가장 높은 값을 나타냈고, IRP 함량 10%에서는 83.5±2.9%로 가장 낮은 값을 나타냈다. 이는 탄력성과 응집성은 기공의 복원력과 관련 있는데 IRP의 함량이 증가하면서 기공 생성이 억제되었기 때문이라고 판단된다(Fig. 5). 기공의 크기와 개수가 관련이 있는 WHC는 탄력성 및 응집성과 양의 상관관계(P<0.01, R=0.82, 0.78)를 가졌고(Table 5), Gu와 Ryu(2017)의 실험 결과와 일치하였다. 씹힘성은 IRP 함량 10%에서 555.89±199.95 g로 가장 높은 값을 나타냈고, IRP 함량 15%는 411.88±92.98 g로 감소하였다. IRP 함량 0~10%를 첨가함에 따라 탄력성과 응집성은 감소하였고 씹힘성은 증가하였다.

Table 4 . Texture profile analysis and cutting strength of extruded low-moisture meat analog with different isolated rice protein content.

Isolated rice protein content (%)	Springiness (%)	Cohesiveness (%)	Chewiness (g)	Cutting strength (g/cm2)
				Vertical direction	Parallel direction
0	94.8±2.1a1)	90.8±2.1a	402.15±59.07b	469.8±21.0d	393.7±105.1b
5	89.1±3.5b	85.8±5.4b	444.30±42.14ab	695.4±67.6c	428.5±31.7b
10	85.4±3.3c	83.5±2.9b	555.89±199.95a	1,110.2±77.3a	633.6±35.6a
15	89.5±2.9b	86.7±3.4ab	411.88±92.98ab	1,001.8±65.6b	631.0±55.7a

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

Table 5 . Coefficients of correlation among integrity index, nitrogen solubility index (NSI), water holding capacity (WHC), springiness, cohesiveness, vertical, and parallel cutting strength (CS) and degree of texturization values.

	Integrity index	NSI1)	WHC2)	Springiness	Cohesiveness	Vertical CS3)	Parallel CS	Degree of texturization
Integrity index	1
NSI	0.357	1
WHC	−0.600*	−0.475	1
Springiness	−0.760**	−0.311	0.821**	1
Cohesiveness	−0.738**	−0.475	0.782**	0.933**	1
Vertical CS	0.54	0.289	−0.893**	−0.779**	−0.713**	1
Parallel CS	0.297	0.112	−0.735**	−0.618*	−0.544	0.881**	1
Degree of texturization	0.681*	0.454	−0.812**	−0.748**	−0.739**	0.777**	0.397	1

¹⁾NSI: nitrogen soluble index. ²⁾WHC: water holding capacity. ³⁾CS: cutting strength..

Significant at *P<0.05, **P<0.01..

이는 미강을 10% 첨가했을 때 소수성 상호작용, 이황화 결합력의 증가로 인해 경도가 증가하여 씹힘성이 증가한다는 Jiang 등(2022)의 연구 결과와 일치하였다. 하지만 IRP 함량 15%에서는 씹힘성이 감소하였는데, 이는 ISP보다 IRP의 낮은 겔화 특성과 저분자 단백질로 구성되어(Fig. 2) 압출성형 과정 중 용융물의 점도와 단백질 분자 간의 상호작용이 감소하여 조직화가 감소했기 때문으로 판단된다(Kaspchak 등, 2020).

대체육 흐름 방향의 수직, 평행방향의 절단 강도는 씹힘성과 마찬가지로 IRP 함량 0%에서 대체육 흐름 방향의 평행, 수직 방향 절단강도는 각각 393.7±105.1, 469.8±21.0 g/cm²로 가장 낮은 값을 나타냈고, IRP 함량 10%에서 633.6±35.6, 1110.2±77.3 g/cm²로 가장 높은 값을 나타냈다. 또한, 수직 방향 절단 강도는 탄력성과 응집성과 음의 상관관계(P<0.01, R=-0.78, -0.71)를 보였다(Table 5).

조직화 특성: 조직잔사지수, 수용성 질소지수, 조직화 정도는 대체육을 수화시켰을 때의 조직 특성을 나타내는 지표이며(Cho와 Ryu, 2017) Table 6에 나타냈다.

Table 6 . Integrity index and nitrogen solubility index, and degree of texturization of extruded low-moisture meat analog with different isolated rice protein content.

Isolated rice protein content (%)	Integrity index (%)	NSI1) (%)	Degree of texturization
0	48.8±1.0c2)	22.5±3.3a	1.25±0.26b
5	60.0±0.3b	29.7±4.6a	1.63±0.17a
10	65.0±3.6a	27.6±2.9a	1.76±0.17a
15	51.3±3.0c	24.8±4.6a	1.60±0.21a

¹⁾NSI: nitrogen soluble index..

²⁾Values with different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05) by Duncan’s multiple range test..

조직잔사지수는 재수화 후 가압, 균질화 과정에서 단백질이 섬유상 구조가 유지하는 정도를 나타내는 지표로 사용된다(Brishti 등, 2021). IRP 10%를 첨가한 대체육이 65.0±3.6%로 가장 높은 값을 나타냈고, IRP 15%를 첨가한 대체육은 51.3±3.0%로 가장 낮은 값을 보였다. 이는 조직감 분석에서 IRP의 10% 첨가로 씹힘성이 증가한 것으로 볼 때, IRP 10% 첨가가 조직 내부 결합력을 강화시켜 조직잔사지수가 증가한 것으로 판단된다.

수용성질소지수는 단백질이 조직화 될 때의 변성 정도를 나타내는 지표이며(Park 등, 2017), 조직잔사지수와 음의 상관관계를 가져 조직화 특성을 판단할 수 있다(Gu와 Ryu, 2017). 압출성형 공정에서 IRP를 첨가하였을 때 유의적인 차이를 보이진 않았지만, IRP 함량 0~10%까지 조직잔사지수가 증가함에 따라 NSI 값은 감소하였다(Table 5).

조직화 정도는 IRP 함량 10%를 첨가하였을 때 조직화 정도의 값이 1.76±0.17로 가장 높은 값을 나타냈고, IRP 15%를 첨가하였을 때 1.61±0.21로 감소하였다. 조직화 정도는 탄력성과 응집성과는 음의 상관관계(P<0.01, R=-0.75, -0.74)를 보였으며, 조직잔사지수와는 양의 상관관계(P<0.05, R=0.68)를 보였다(Table 5).

조직화 특성(조직잔사지수, NSI, 조직화정도)을 바탕으로 IRP 함량 0~10% 첨가는 저수분 대체육 조직화에 긍정적인 영향을 끼쳤지만, IRP 함량 15% 첨가는 조직화를 감소시키는 것으로 판단된다. 이는 씹힘성과 마찬가지로 소수성 상호작용 및 이황화 결합으로 인해 IRP 함량 10%까지는 조직화가 향상 되지만, IRP 함량 15%에서는 단백질 분자 사이의 상호작용이 감소하여 조직화 특성값이 감소한 것으로 판단된다.

외관: IRP 함량에 따른 대체육의 수직, 평행 방향 단면, 섬유상 구조 및 미세구조를 Fig. 5에 나타냈다. IRP 함량이 0에서 15%로 증가할수록 대체육 내부의 기공의 크기와 개수가 감소하였다. 섬유상구조는 IRP 함량 10%에서 가장 잘 나타났고 IRP 함량 15%에서는 감소하였다. IRP 함량 10%까지는 팽화가 감소함에 따라 기공이 적게 형성되었고 섬유상 구조 형성에 긍정적인 영향을 미쳤으나, IRP 함량 15%에서 섬유상 구조가 감소함에 따라 조직화가 감소한 것으로 판단된다.

본 연구는 분리쌀단백(IRP)을 첨가하여 제조한 저수분 압출성형 대체육의 이화학적 특성을 알아보았다. 대체육 원료는 밀글루텐(WG) 40%, 옥수수전분(CS) 10%로 고정하고 IRP:ISP(0:50, 5:45, 10:40, 15:35)의 비율로 조절하였다. 압출성형 공정변수는 수분함량 40%, 스크루 스피드 250 rpm, 배럴 온도는 140°C로 고정하였다. 수분보유력과 탄력성 및 응집성은 IRP 함량이 0%에서 10%까지 증가할 때 감소하였고, 15%에서는 증가하였다. 반면에 조직잔사지수, 씹힘성, 조직화 정도는 IRP의 함량이 0%에서 10%까지는 증가하고, 15%에서 감소하였다. IRP의 첨가에 따른 수용성 질소 지수는 유의적인 차이가 없었다. 이에 IRP 0에서 10%까지는 섬유상 구조가 증가함에 따라 조직화정도가 증가하였고, IRP 15% 함량에서는 섬유상 구조가 감소하여 조직화정도가 감소하였다. 결론적으로 저수분 압출성형 대체육을 제조할 때 원료 IRP 10% 첨가는 조직화에 긍정적인 영향을 끼쳤으며, ISP를 비롯한 식물성 단백질 원료를 IRP로 대체할 가능성이 확인되었다.

본 연구는 농림축산식품부의 재원으로 농림수산식품기술기획평가원의 고부가가치식품기술개발사업의 지원을 받아 연구되었음(321021031HD020).