3D 프린팅 기술을 이용한 다양한 산업은 4차 산업혁명 변화의 중심으로, 관련 뉴스와 전시가 활발히 소개되고 관련 산업이 빠르게 성장 중이다(Ryu와 Seo, 2017). 3D 프린팅 기술은 제품 생산 시 기존 제조 방식에 비해 다양한 종류의 제품을 빠르게 생산할 수 있는 장점이 있다. 특히 제품의 강도와 경도, 형태 등을 자유롭게 조절할 수 있어 식품산업에 응용이 가능하다는 이점이 있다(Lee, 2017). 이에 따라 최근 식품산업에 3D 프린팅 기술을 적용하여 다양한 형태의 제품을 생산하기 위해 노력을 하고 있고, 또한 3D 프린팅용 식품 소재에 관한 연구 및 식품 소재를 가공하여 3D 프린터 카트리지로의 응용에 관한 연구가 다양하게 진행되고 있다(Kim 등, 2020; Kim 등, 2021b). 일반적으로 식품 3D 프린터용 소재는 유동성을 가져 노즐을 통해 쉽게 압출되어야 하고, 온도 변화, 가공 및 겔화, 첨가제 사용 등의 방법을 이용하여 식품의 형태를 유지할 수 있어야 한다. 최근 3D 프린터의 카트리지 소재로써 수리미를 이용하는 3D 프린팅 기술이 식품산업 분야에서 연구되고 있으며, 어류 수리미 소재에 염화나트륨 첨가가 겔 물성에 미치는 영향에 대한 연구(Wang 등, 2018)와 수리미 제조 시 알긴산 첨가에 따른 물성 변화에 대한 연구(Kim 등, 2021a), 알긴산을 첨가한 수리미 혼합물의 응고에 미치는 칼슘의 영향에 대한 연구(Kim 등, 2021c)가 보고된 바 있다.

수리미는 어류에서 내장과 뼈를 제거하고 마쇄 및 수세한 후 겔 형성에 방해가 되는 근장 단백질, 비단백태 질소 화합물, 지질 등을 제거하고 근원섬유단백질만을 농축한 상태로 냉동변성방지제를 첨가하여 품질을 향상시킨 염용성 어육단백질이다(Park과 Morrissey, 2000). 본래 동결 내성과 이용 가치가 낮은 명태를 중심으로 냉동 수리미 제조 기술이 개발되었다(Ahn 등, 2019). 현재 수리미의 주원료로써 명태뿐만 아니라 다양한 어종이 이용되고 있는데, 이는 최근 수산 자원 고갈, 어업 규제 강화로 인해 명태의 자재비 상승이 불가피해지면서 저렴하고 기호성이 좋은 실꼬리돔(golden threadfin bream)이 각광받고 있다(Choi와 Choi, 2003). 하지만 실꼬리돔은 명태 수리미에 비해 물리적 특성과 관능적인 부분에서 품질이 뒤처지는 실정이다(Ahn 등, 2019). 따라서 현재까지 진행된 저급 수리미의 겔 강도 증강을 위한 첨가물의 최적화(Suh 등, 1999), 산 및 알칼리 공정으로 제조한 수리미 가열 겔의 물성(Choi 등, 2002), 틸라피아 연육의 제조 및 특성(Huang 등, 2023)에 관한 연구를 비롯해 수리미의 품질특성 개선과 대체 자원에 관한 연구가 요구된다.

알긴산은 미역이나 모자반류 등과 같은 갈조류의 30~40%를 차지하는 성분으로 해조 다당류의 일종이며, β-D-mannuronate(M)와 α-L-guluronate(G)가 α-1, 4 또는 β-1, 4 결합으로 구성된 hetero 형 천연 고분자 물질이다(Haug 등, 1974). 특히 알긴산염 수용액에 2가 금속이온을 첨가하면 알긴산의 카르복실기와 금속이온이 이온 결합하여 egg box 구조의 입체 구조를 나타내어 겔 상으로 석출되면서 경화되는 특징이 있다(Kim과 You, 2017). 이때 다른 현탁물을 흡착 및 포집하는 성질이 있어 증점제, 유화제, 겔 형성제, 안정제 및 코팅제 등으로 사용되고 있다(Lee, 2008; Manev 등, 2013). 또한 알긴산은 면역조절 활성(Bagni 등, 2005), 항산화 활성 및 항염증 효과(Sarithakumari 등, 2013), 콜레스테롤 저하 및 비만 억제(Back 등, 2014) 등의 기능성이 있다고 보고되고 있어, 산업적으로 다양한 분야에서 알긴산의 응용이 보고되고 있다.

따라서 본 연구에서는 알긴산을 첨가하였을 때 부드럽고 무른 물성이 나타나는 수리미의 특성(Kim 등, 2021a)과 알긴산을 첨가한 수리미에 젖산칼슘을 처리하였을 때 경도, 검성 및 씹힘성이 증가하는 특성(Kim 등, 2021c)을 바탕으로 3D 프린팅을 위한 실꼬리돔 수리미에 알긴산을 농도별(0, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 wt%)로 첨가한 후 혼합, 반죽하여 3D 프린터로 토출하고 젖산칼슘(calcium lactate)을 처리하여 응고하였고, 이에 따른 물성, 색차 측정 및 관능 평가를 통해 3D 프린팅용 혼합물의 알긴산 첨가 조건을 최적화하였다.

실험 재료

본 실험에서는 Korean Seafood에서 SA급 실꼬리돔(Nemipterus virgatus)을 구입하여 사용하였다. 실꼬리돔 수리미는 영하 30°C 이하의 동결고(Larp SRL Co.)에 저장하며 해동하여 실험에 사용하였다. 실험에 사용된 알긴산은 MSC Co.에서 구매하여 사용하였다.

시료 준비

영하 30°C 이하에서 보관 중인 냉동 실꼬리돔 수리미(60 wt%)를 4°C에서 하루 동안 냉장 해동한 후 가로×세로×두께 5 cm 큐브로 잘랐다. Silent cutter(ST11, ADE Co.)에 얼음을 넣어 10분간 냉각시킨 후 물기와 얼음을 제거하고 silent cutter로 분쇄하여, 소금(Hanju Salt Co.) 1.3 wt%, 설탕(CJ Cheiljedang Co.) 1.5 wt%, 인산염 혼합제제(MSC Co.) 0.5 wt%, ISP(MSC Co.) 3 wt%와 쌀보리 전분 2 wt%, 구아검 0.67 wt%를 첨가하여 고기 갈이를 한 후 냉수(40 wt%)를 첨가하고 혼합하였다. 이후 알긴산을 농도별로(0, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 wt%) 각 시료에 첨가해 약 15분간 혼합하였다. 혼합물은 충진기(Dick 15LB, Dick Co.)에 강하게 내려치며 충진하여 기포가 들어가지 않도록 한 후, 124 mesh의 여과기로 여과하여 3D 프린터용 카트리지에 기포가 없도록 충진하였다. 반죽 특성을 분석하기 위한 시료는 PVDC casing에 충진한 후, sealing machine(PACKNER HR-PS2, MAX Co.)으로 밀봉하여 비가열 상태의 반죽을 이용하였다. 다른 일부는 10 mL의 3D cartridge에 충진 후 3D 프린터(Biztech Korea Inc.)를 이용해 가로×세로×두께 2 cm의 큐브로 3D 프린팅 토출하면서 0.1 M 젖산칼슘 용액 10%(v/v)(Kim 등, 2021c)를 처리하여 응고시켰다(Fig. 1). 이후 출력물을 microwave(MW-272LB, LG)에서 400 W로 1분 20초 가열하였다. 프린팅은 노즐 직경이 1.55 mm로 토출비 1.2, 프린팅 속도 800 mm/s, layer 두께 0.5 mm로 프린팅하였다.

Fig 1. 3D printing process of unheated surimi treated with calcium lactate.

pH 측정

비가열 시료를 3 g 칭량한 후 증류수 30 mL와 함께 균질기(Nissei ACE homogenizer, Nihonseiki Kaisha Ltd.)로 10,000 rpm으로 1분간 균질화하였다. 균질화된 시료를 150 rpm으로 교반하며 25°C에서 pH계(pH meter HM-42X, TOADKK)로 pH를 5회 이상 측정하고 평균값으로 계산하였다.

색도 측정

알긴산 농도별(0, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 wt%) 비가열 및 가열 시료의 단면을 절단한 후 분광색도계(JC 801, Color Technosystem Co.)로 측정하였다. 측정값은 명도(lightness, L^*), 적색도(redness, a^*), 황색도(yellowness, b^*), 색차(color difference, ΔE)로 나타내었다. 표준백판 값은 X=92.35, Y=83.92, Z=96.98이었다. ΔE는 시료와 표준백판과의 L^*, a^*, b^* 값 차이를 수치상으로 나타낸 지수로 아래의 식으로 계산되었다.

물성 측정

물성 측정은 texture meter(TA-XT plus, Stable Micro Systems Ltd.)를 이용하여 측정하였다. 비가열 수리미 반죽의 견고성(firmness)과 접착성(adhesiveness)을 측정하기 위해 지름 6 cm의 원통 전용 용기에 50%만큼 담아 A/BE(back extrusion probe)를 이용하여 test speed 1.0 mm/s, strain 40.0%, trigger force 5.0 g의 조건으로 5회 이상 후방 압출 테스트를 진행하고 평균값을 계산하였다. 가열 수리미는 경도(hardness), 점착성(adhesiveness), 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 검성(gumminess), 씹힘성(chewiness), 복원성(resilience)을 측정하기 위해 가열한 시료를 자르지 않고 P/45(45 mm diameter aluminum cylinder probe)로 test speed 1.0 mm/s, strain 50.0 %, trigger force 5.0 g의 조건에서 5회 이상 압축 테스트를 진행한 후 평균값을 계산하였다. 전단력(work of shear)은 test speed 0.17 mm/s의 조건으로 시료를 전단하여 평균값을 취하였다.

관능 평가

관능 평가는 특성차이검사 평점법(Lawless와 Heymann, 2010)을 이용하여 9점 척도법으로 1점은 매우 나쁘거나 낮음(extremely bad or slight), 9점은 매우 좋거나 강함(extremely good or much)으로 하여 관능 평가를 하였고, 색(color), 냄새(smell), 비린내(fishy smell), 맛(taste), 이미(abnormal taste), 조직감(texture), 경도(hardness), 탄력성(elasticity) 및 종합적 호감도(preference)의 9가지 항목을 측정하였다. 또한 항목별 검사 중간에 물로 입을 헹구며 결괏값의 객관성을 높였다. 검사를 위한 패널은 평가 항목에 대한 이해와 평가 방법을 숙지한 10명의 패널(남 6명, 여 4명; 21~25세)을 선정하였다. 또한 각 패널은 부경대학교 기관생명윤리위원회의 승인(1041386-202005-HR-30-02)을 받아서 평가를 수행했다.

주사전자현미경(scanning electron microscopy) 관찰

알긴산 농도(0, 2.0 wt%)에 따른 조직의 구조를 보기 위해 젖산칼슘을 첨가하며 3D 프린팅 후 microwave에서 가열한 수리미를 동결건조기(EYELA FDV-2100, Rikakikai Co.)를 사용하여 48 h 동안 동결 건조하였다. 동결 건조된 수리미를 20 mA 두께로 백금 도금(platinum coating)한 후 주사전자현미경(VEGA 2 LSU, TESCAN Ltd.)으로 5.00 kV에서 50× 배율로 관찰하였다.

통계 처리

반복 측정(n>3)을 통해 얻은 모든 실험 결과는 SAS program(ver. 9.3, SAS Institute Inc.)으로 실험값의 평균을 분산분석 하여 평균±표준오차를 구하였다. 또한, 알긴산 농도에 따른 유의적인 차이는 P<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test 법으로 검정하였다.

3D 프린팅 출력

알긴산 농도별(0, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 wt%) 실꼬리돔 수리미 반죽을 3D 프린팅하면서 젖산칼슘을 처리한 결과를 Fig. 2에 나타냈다. 층이 쌓일수록 전체적으로 무너지는 형태가 나타났지만, 알긴산을 첨가하지 않은 0 wt%의 수리미 아래층의 길이가 2.35 cm, 알긴산을 2.0, 2.5 wt% 첨가한 수리미 아래층의 길이가 각각 2.20 cm, 2.22 cm로 알긴산 농도가 높아질수록 붕괴 수치가 감소하였다. 알긴산은 다공성 겔 형성과 구조 유지에 영향을 주며, Ca²⁺과 결합하여 단단하고 조밀한 망상구조를 형성하여 겔 강도가 증가한다고 하였다(Surh와 Yang, 2019). 따라서 본 연구에서는 2.0%의 알긴산을 첨가한 수리미를 3D 프린팅하는 과정에 젖산칼슘을 첨가하였을 때 가장 양옆으로 덜 퍼지고, 무너짐이 적어 형태를 유지할 수 있어 3D 프린팅에 적합하다고 사료된다.

Fig 2. 3D printing structure of unheated surimi with (A) 0 wt%, (B) 1.0 wt%, (C) 1.5 wt%, (D) 2.0 wt%, and (E) 2.5 wt% of alginic acid and calcium lactate treated.

pH 측정

Tadpitchayangkoon 등(2010)은 pH는 어육 근섬유 단백질 미오신(myosin)의 형태, 유변학적 특성, 용해도에 영향을 미친다고 하였다. 알긴산 농도별(0, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 wt%) 실꼬리돔 수리미 반죽의 pH 측정 결과를 Table 1에 나타냈다. 알긴산 농도가 높아질수록 pH가 감소하였으며, 2.5 wt%의 알긴산을 첨가하였을 때 7.44로 가장 낮은 pH 값을 나타냈다. 3%(w/v) 수용액에서 알긴산의 pH는 2.0~3.5로 알려져 있다(Draget과 Taylor, 2011).

Table 1 . Changes in pH value of unheated surimi containing different concentrations of alginic acid and calcium lactate treated.

Treatment concentrations (wt%)	pH
0	7.61±0.02a1)
1.0	7.62±0.02a
1.5	7.60±0.03a
2.0	7.47±0.01b
2.5	7.44±0.02c

¹⁾Means in the same column (a-c) bearing different superscripts in the sample are significantly different (P<0.05)..

따라서 알긴산 농도가 높아짐에 따라 pH가 감소한 것으로 사료된다. 또한 Tadpitchayangkoon 등(2010)은 pH 4 이하 또는 pH 9 이상에서는 겔이 발생하지 않는다고 하였는데 알긴산의 농도가 증가하였음에도 pH의 값이 7.44로 pH 4와 9 사이의 값으로 나타나 겔의 발생에 영향을 미치지 않았다.

색도 측정

각 알긴산 농도별(0, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 wt%) 실꼬리돔 수리미 반죽의 색도 측정한 결과를 Table 2, 알긴산을 첨가한 수리미를 3D 프린팅하면서 젖산칼슘을 처리한 후 가열처리 한 수리미의 색도 측정 결과를 Table 3에 나타냈다. 비가열 수리미 반죽의 경우 Table 2에서 2.5 wt% 알긴산 첨가에서 67.86으로 가장 높은 L^* 값을 나타냈고, 각각 8.71, 30.99로 가장 낮은 b^* 값과 ΔE 값을 나타냈다. 또한 알긴산 농도가 높아질수록 높은 L^* 값을 나타냈고, b^* 값은 유의하게 낮아졌다(P<0.05). Table 3에서 젖산칼슘 처리 후 가열한 수리미는 L^* 값과 ΔE 값에서 1.5, 2.0, 2.5 wt% 알긴산을 첨가했을 때 유의미한 차이를 보이지 않았으나 0, 1.5 wt% 알긴산 첨가 수리미와는 유의한 차이를 보였고, 알긴산 농도가 높아질수록 높은 L^* 값을 나타냈고, 낮은 ΔE 값을 나타냈다. SSA-RA급 실꼬리돔 수리미 5종의 색도를 비교한 연구(Ahn 등, 2019)에서 등급이 높아질수록 L^* 값이 감소하는 경향을 보였고, 이는 본 연구에서 SA급 실꼬리돔 수리미를 사용하여 L^* 값이 높게 나온 것을 뒷받침해 준다. 또한 Kim 등(2021a)의 연구에서 알긴산 농도에 따른 수리미의 색도를 측정한 결과 알긴산의 농도가 증가함에 따라 L^* 값은 증가하고 ΔE 값은 감소하는 경향을 보였는데, 이는 본 연구 결과와 유사한 경향을 보여 3D 프린팅 출력 과정에서 젖산칼슘의 처리는 색도에 영향을 미치지 않는다고 사료된다. 색차값은 0에 가까울수록 백색도가 높다고 볼 수 있다. 수리미의 백색도는 수리미 품질에 영향을 미치는데 알긴산의 농도가 증가함에 따라 ΔE 값이 감소하여 알긴산 첨가 및 젖산칼슘의 처리는 수리미의 품질 향상에 도움이 된다고 사료된다.

Table 2 . Changes in color value of unheated surimi containing different concentrations of alginic aicd and calcium lactate treated.

Treatment concentrations (wt%)	L*	a*	b*	ΔE
0	64.13±0.15d1)	−0.30±0.02c	10.02±0.08a	34.88±0.15a
1.0	66.12±0.54c	−0.30±0.04c	9.65±0.10b	32.86±0.52b
1.5	67.14±0.12b	−0.26±0.07b	9.23±0.25c	31.79±0.13c
2.0	67.78±0.23a	−0.19±0.08a	9.07±0.10d	31.14±0.24d
2.5	67.86±0.23a	−0.27±0.08bc	8.71±0.10e	30.99±0.24d

¹⁾Means in the same column (a-e) bearing different superscripts in the sample are significantly different (P<0.05)..

Table 3 . Changes in color value of heated surimi containing different concentrations of alginic acid and calcium lactate treated.

Treatment concentrations (wt%)	L*	a*	b*	ΔE
0	71.72±0.84c1)	−1.02±0.09c	12.06±0.30c	28.55±2.48a
1.0	75.90±0.38b	−0.99±0.06bc	12.35±0.17b	24.15±0.34b
1.5	77.05±0.27a	−1.02±0.03c	12.60±0.07a	23.18±0.23c
2.0	77.30±0.75a	−0.96±0.07b	11.80±0.17d	22.65±0.65c
2.5	76.98±0.75a	−0.44±0.07a	12.12±0.17c	23.07±0.65c

¹⁾Means in the same column (a-d) bearing different superscripts in the sample are significantly different (P<0.05)..

물성 측정

각 알긴산 농도별(0, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 wt%) 실꼬리돔 수리미 반죽의 물성 측정 결과를 Table 4에 나타냈고, 알긴산을 첨가한 실꼬리돔 수리미 반죽을 젖산칼슘을 처리하며 3D 프린팅 후 가열 처리하여 물성을 측정한 결과를 Table 5에 나타냈다. 비가열 수리미 반죽의 물성을 측정했을 때 알긴산 농도가 높아짐에 따라 견고성이 증가하였으며, 접착성은 2.5 wt%의 알긴산을 첨가한 수리미에서 가장 낮은 수치를 나타냈다. Yang 등(2018)은 반죽을 3D 프린팅하기 위해서는 일반적으로 반죽이 매끄럽게 압출될 수 있고 3D 프린팅 후에도 구조와 모양을 유지할 수 있는 능력이 있어야 한다고 하였다. 따라서 견고성이 높을수록 출력물의 모양 및 구조를 잘 유지할 수 있다고 사료된다. Table 5에서 3D 프린팅 과정에 젖산칼슘을 처리하여 출력한 후 가열한 수리미의 경우 알긴산을 2.0 wt%를 첨가한 수리미에서 1,363.53 N/cm², 1,130.12 N/cm², 1,086.71 J/cm⁴로 각각 가장 높은 경도, 검성, 씹힘성을 나타냈다. 알긴산은 Ca²⁺와 이온 결합을 통해 3차원 구조의 하이드로겔을 형성하는 특징이 있고 제조된 하이드로겔은 점탄성을 높이며, 겔에 경도와 탄성을 부여하고 검성에 기여한다(Gulrez 등, 2011). 반면 복원성은 알긴산을 첨가함에 따라 유의적으로 감소하는 경향을 보였고, 응집성은 유의적인 차이가 없었다. 또한 2.0 wt% 알긴산을 첨가한 수리미에서 가장 낮은 전단력을 나타냈다. 식품용 3D 프린팅 기술 중 압출 방식은 식품 원료가 노즐에서 토출되어 적층하는 방식으로 프린팅하는 기술로 토출 후 형태를 유지하기 위해 적절한 견고성이 필요하고, 적층이 잘 되기 위해 적절한 부착성이 필요하다(Godoi 등, 2016). 구아검, 카파 카라기난 및 아라비아검 등의 검(gum)류는 식품산업에서 주로 사용하는 증점제로써 3D 프린팅에서 식품 원료의 안정성을 높이고 점착성을 높이기 위해 사용된다(Kim 등, 2020). 따라서 식품산업에서 증점제로 이용하는 알긴산을 2.0 wt% 첨가한 후 젖산칼슘을 처리한 후 응고시켰을 때 출력물의 경도가 향상되어 출력물의 안정성을 높이고 형상을 유지할 수 있으며, 점탄성 및 검성 향상에 따른 점착성이 증가하여 3D 프린팅에 적합하다고 사료된다.

Table 4 . Texture values of unheated surimi containing different concentrations of alginic acid and calcium lactate treated.

Treatment concentrations (wt%)	Firmness	Adhesiveness
0	1,855.82±74.25c1)	−2,430.91±256.13a
1.0	2,017.59±116.81c	−2,298.91±242.47a
1.5	2,329.70±129.91b	−2,467.41±359.23a
2.0	2,712.54±240.98a	−2,615.08±281.88ab
2.5	2,873.93±212.05a	−2,999.25±336.58b

¹⁾Means in the same column (a-c) bearing different superscripts in the sample are significantly different (P<0.05)..

Table 5 . Texture values of heated surimi containing different concentrations of alginic acid and calcium lactate treated.

Treatment concentrations (wt%)	Hardness (N/cm2)	Adhesiveness (N)	Springiness (cm-2)	Cohesiveness	Gumminess (N/cm2)	Chewiness (J/cm4)	Resilience	Work of Shear
0	987.98±81.44b1)	-181.00±19.46b	0.94±0.01ba	0.89±0.03a	877.72±45.79b	824.24±47.71b	0.43±0.01a	593.15±7.73b
1.0	1312.18±56.54a	-88.03±29.77a	0.95±0.05a	0.82±0.08a	1072.30±135.20a	1018.08±180.24a	0.40±0.04ba	480.54±4.92c
1.5	1301.41±73.45a	-112.57±24.06a	0.96±0.03a	0.82±0.08a	1076.39±157.87a	1036.08±175.19a	0.38±0.04bc	433.34±11.55d
2.0	1363.53±125.01a	-195.72±22.22b	0.96±0.01a	0.83±0.06a	1130.12±180.64a	1086.71±185.89a	0.36±0.03c	240.23±13.73e
2.5	862.31±91.86c	-356.36±28.33c	0.91±0.01b	0.82±0.05a	708.41±80.30c	646.71±80.71c	0.30±0.02d	1341.44±7.25a

¹⁾Means in the same column (a-e) bearing different superscript in sample are significantly different (P<0.05)..

관능 평가

각 농도별(0, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 wt%) 알긴산에 젖산칼슘을 처리한 후 가열 공정을 거친 실꼬리돔 수리미의 관능 평가 결과를 Table 6에 나타냈다. 향, 비린내, 맛, 이미, 종합적 호감도는 알긴산 농도에 따른 유의적인(P<0.05) 차이가 없었다. 색의 경우 알긴산 농도가 증가할수록 유의적으로 증가하여 2.0, 2.5 wt%의 알긴산을 첨가하였을 때 각각 6.50, 6.90점으로 가장 좋다고 패널들이 평가하였으며, 경도, 탄성의 경우 2.0 wt%의 알긴산을 첨가하였을 때 각각 5.50, 6.00점의 경도와 탄성을 가지고 있다고 평가하였다. 이러한 경도, 탄성의 결과는 물성 측정 결과와 유사하게 나타나 알긴산과 젖산칼슘의 첨가가 수리미의 향, 맛 등의 결과에는 영향을 미치지 않는다고 사료되었고, 경도, 탄성, 색도 등에는 영향을 미친다고 사료된다.

Table 6 . Sensory evaluation of heated surimi containing different concentrations of alginic acid and calcium lactate treated.

Treatment concentrations (wt%)	Color	Smell	Fishy smell	Taste	Abnormal	Texture	Hardness	Elasticity	Preference
0	4.50±1.35c1)	5.40±1.26a	5.20±1.69a	6.00±0.94a	7.00±1.56a	6.30±0.82a	5.90±1.20a	6.50±1.72a	6.20±1.03a
1.0	5.00±1.25bc	5.70±1.77a	5.30±1.64a	6.40±1.58a	6.80±1.75a	5.20±1.23ba	5.90±1.52a	7.10±0.74a	5.90±1.66a
1.5	6.00±1.41ba	6.00±1.76a	6.30±1.57a	6.70±1.42a	6.70±1.49a	5.30±1.25a	5.30±1.25a	6.60±1.58a	6.00±1.70a
2.0	6.50±1.58a	6.60±1.71a	6.60±1.65a	6.40±2.07a	6.70±1.95a	5.50±1.08ba	5.50±1.08a	6.00±1.70a	6.00±1.83a
2.5	6.90±1.70a	6.40±1.74a	5.90±1.64a	6.30±1.85a	6.80±1.60a	4.50±1.86b	4.50±1.86b	3.90±1.70b	5.00±1.61a

¹⁾Means in the same column (a-c) bearing different superscript in sample are significantly different (P<0.05)..

주사전자현미경

알긴산(0, 2.0 wt%) 첨가 수리미 반죽에 젖산칼슘을 처리한 후 가열 처리한 수리미를 동결 건조한 후 주사전자현미경으로 관찰한 결과를 Fig. 3에 나타냈다. 알긴산을 첨가하지 않은 수리미는 기공의 크기가 고르지 못하고 대체적으로 큰 크기를 가지고 있다. 알긴산을 2.0 wt% 첨가한 수리미의 기공 크기가 균일하고 작았으며 조직이 치밀하게 나타났다. Gulrez 등(2011)에 의하면 알긴산은 Ca²⁺와 이온 결합을 통해 3차원 구조의 하이드로겔을 형성하고 점탄성을 증가시키므로 본 연구 결과를 뒷받침하고 있다. 3D 프린팅에서 균일하고 정밀한 네트워크는 형태 유지에 우수하고, 출력물의 형태를 안정화하는 데 도움이 된다. 이러한 결과는 2.0 wt% 알긴산 첨가와 젖산칼슘을 처리했을 때 조직이 치밀하여 3D 프린팅에서 적층 과정 중 무너짐이 적고, 형태를 유지하는 데 가장 유리한 것으로 판단된다. 또한 2.0 wt% 알긴산 첨가와 젖산칼슘을 처리했을 때, 경도, 검성 및 씹힘성이 가장 높았던 물성 측정 결과(Table 5)를 통해 2.0 wt% 알긴산 첨가와 젖산칼슘을 처리하였을 때 3D 프린팅용 혼합물로서 가장 적합하다고 사료된다.

Fig 3. Cross-sectional views of freeze-dried heated surimi products by (A) 0 wt% and (B) 2.0 wt% of alginic acid and calcium lactate treated. Pictured by 50× magnification.

본 연구에서는 알긴산을 첨가한 수리미에 젖산칼슘을 처리하여 응고시켜 식품 3D 프린팅 제품으로써 3D 프린팅에 적합한지 알아보기 위해서 색도 및 물성 측정, 관능 평가를 진행하였다. 알긴산을 첨가하였을 때 대조군과 동일하게 노즐 끝에서 끊김 없이 토출되었으며, 알긴산의 첨가량이 증가함에 따라 비가열 수리미 반죽의 견고성이 증가한 결과를 나타냈고 젖산칼슘을 처리하며 3D 프린터로 적층 후의 결과에서 덜 무너지고 적층이 잘 되었음을 볼 수 있었다. 출력물을 가열한 후 2.0 wt%의 알긴산 첨가와 젖산칼슘을 처리한 수리미의 명도가 77.30으로 가장 높게 나타났고, 색차는 22.65로 가장 낮은 수치를 나타내 백색도가 높았다고 볼 수 있다. 또한 2.0 wt%의 알긴산 첨가와 젖산칼슘을 처리한 수리미의 경도, 검성, 씹힘성이 가장 높은 수치를 나타냈고, 관능 평가 결과 유의하게 높은 백색도, 경도, 탄성, 종합적 호감도를 나타내 2.0 wt% 알긴산을 첨가하여 3D 프린팅 중 젖산칼슘을 처리하였을 때 3D 프린팅용 혼합물로서 가장 적합하다고 사료된다.

본 연구는 2024년 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구입니다(과제명: 미래수산식품 연구센터, 201803932).