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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.48 No.6 pp.319-328
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2014.48.6.319

Flavor Improvement of the Complex Extract from IQF Oyster Crassostrea gigas by Reaction Flavoring

Jin-Yeong Kang1, Su-Tae Kang2, So-Jeong Lee1, Young-Suk Hwang1, Jae-Ung Yun3, Kwang-Soo Oh1*
11Department of Seafood Science and Technology Institute of Agriculture and Life Science, Gyeongsang National University, Tongyeong 650-160, Korea
2Department of Food and Nutrition, Chosun University, Gwangju 501-759, Korea
3Pesticide and Veterinary Drug Residues Division, National Institute of Food and Drug Safety Evaluation, Cheongju 363-700, Korea
Corresponding Author : Kwang-Soo Oh Tel: +82-55-772-9144 Fax: +82-55-772-9149ohks@gnu.ac.kr
October 27, 2014 November 12, 2014 November 24, 2014

Abstract

To Improve the flavor of IQF oyster (Crassostrea gigas) complex extract (IOCE) for oyster sauce, the optimum reactions flavoring (RF) conditions of IOCE were investigated. A central composite design for response surface methodology was adopted to optimize for the flavor improvement of IOCE. The central composite design consisted of 11 samples: four factorial points, four star points, and three central points. Reaction time and pH were the independent variables, and the sensory scores of baked potato odor, masking of shellfish odor and boiled meat odor were the dependent variables. For flavor improvement by Maillard reaction, IOCE (Brix 30°)-0.4 M glucose-0.4 M glycine-0.4 M cysteine solution (4:2:1:1, v/v) was selected as suitable reaction system for reappearance of desirable flavor. The surface response methodology analysis of the multiple responses optimization using the Minitap statistical programing gave an reaction time of 120.6 minutes and pH 7.33 at 120°C. Regarding the changes of food components during RF, flavor of IOCE was improved considerably compared to non-RF extract. Also pH, salinity, viscosity and volatile basic nitrogen content slightly decreased, but at the same time amino nitrogen content slightly increased during RF.


Reaction flavoring에 의한 개체동결 굴(Crassostrea gigas) 복합엑스분의 풍미개선

강 진영1, 강 수태2, 이 소정1, 황 영숙1, 윤 재웅3, 오 광수1*
1경상대학교 해양식품공학과(농업생명과학연구원)
2조선대학교 식품영양학과
3식품의약품안전평가원 잔류물질과

초록

장기저장 개체동결 굴 Crassostrea gigas에서 추출한 복합엑스분의 굴소스 소재화를 목적으로 향미를 개선하기 위한 reaction flavoring의 최적 반응조건, 그리고 reaction flavoring 전후의 성분조성 및 관 능특성의 변화에 대하여 살펴보았다. Reaction flavoring은 중심합성계획에 의해 반응온도는 120°C로 고정하여두고 반응시간 및 반응액의 pH를 독립변수로, 반응 후 발현되는 구수한 향, 어패취 차폐능 및 삶은 쇠고기향을 종속변수로 설정하여 Maillard 반응을 진행하였다. 개체동결 굴 복합엑스분의 풍미를 개선시키기 위한 Maillard 반응의 기질은 복합엑스분(Brix 30°)-0.4 M glucose-0.4 M glycine-0.4 M cysteine (4:2:2:1) 혼합용액이 적합하였고, 반응시간과 반응액의 pH 등 독립변수를 달리하여 120°C 에서 Maillard 반응시킨 결과, multiple response optimization 반응조건은 반응온도 120°C에서 반응 시간 120.6분, pH 7.33이 가장 적합하였다. 본 reaction flavoring을 통해 복합엑스분의 풍미가 상당 히 개선되었으며, 복합엑스분의 염도, 점도 및 휘발성염기질소 함량은 다소 감소한 반면 아미노질소 함 량은 약간 증가하였다.


    National Research Foundation of Korea
    No.0074813

    I.서론

    최근 들어 국내산 굴(Crassostrea gigas)의 수 출물량이 Norovirus 검출과 FDA 권고사항 미이행 등 대내외적인 요인에 의해 50% 이상 급감한 바 있으며, 현재도 이러한 수출부진 추세가 계속됨에 따라 국내산 굴의 고부가가치 창출을 위한 효율적 활용이 꼭 필요한 실정이다. 이에 저자 등은 상품 가치를 거의 상실한 장기저장 개체동결 굴을 이용하 여 굴소스의 주소재로 활용할 수 있는 복합엑스분을 추출 조제하였고, 본 복합추출 엑스분의 유효성에 대하여 보고한 바 있다. 한편, instant food 시장 의 확대와 소득증대에 따른 소비자의 다양한 기호 로 인하여 새로운 식품의 개발이 계속 요구되고 있는데, 특히 식품의 조향이란 측면에서 meat flavor의 개발은 식품업계의 중요한 과제가 되고 있다. 근년 들어 식품의 관능적 품질을 좌우하는 풍미 및 조향에 대한 관심이 높아지고 있으며, 소 비자들의 다양한 기호를 충족시키기 위한 풍미증 진 기술개발이 요구되고 있다. 수산식품의 경우 수 산물 활용에 가장 큰 장애요소인 어취 차폐 (masking) 및 조향을 위한 향미 증진기술이 국내 에서 일부 연구되어진 바 있으나(Kim, 2004), 대 부분 향신료나 한약재 등을 첨가하여 off-flavor 를 차폐시키고 있다(Lee et al ., 1997; Ryu et al., 1999). 일반적으로 식품 중의 전구물질을 가 열 생산된 향미를 reaction flavor 라 하며(Manley, 1994), 주요 근간이 되는 기술이 Maillard 반응이 다(May, 1991). Maillard 반응은 식품의 가열 및 저장 중에 광범위하게 일어나며, 환원당과 아미노 산의 반응을 통해 많은 향미물질과 melanoidin 이 라는 색소 물질을 생성시키는 반응으로, 이때 pyrazine, pyridine, pyrrole, thiazole, thiophene 및 oxazole과 같은 meat flavor가 생성된다(Nursten, 1986; Yoon et al., 1994; Ko et al. , 1997). 현재 서구를 중심으로 개발되고 있는 meat flavor 계열 의 향미소재는 산업적 생산이 가능한 수준까지 이 르고 있는데 비해 수산식품은 미진한 편으로 수산 물의 어취 차폐 및 부가가치가 높은 풍미소재를 개발한다는 측면에서 이러한 reaction flavor의 도 입이 필요하다고 생각된다.

    따라서 본 논문에서는 개체동결 굴 복합엑스분의 고부가가치 풍미소재화를 목적으로 향미를 개선하 기 위한 reaction flavoring의 최적반응조건, 그리 고 reaction flavoring 전후의 성분조성 및 관능특 성의 변화 등에 대하여 살펴보았다.

    II.재료 및 방법

    2.1.재 료

    개체동결 굴 복합엑스분(이하 복합엑스분)은 전보 (Kang et al., 2014)와 같은 방법으로 조제하여 풍 미개선용 시료 엑스분(BriX 20°)으로 사용하였다. 성분 비교용 시판 굴 농축엑스분(concentrated oyster juice)은 창원시 소재 삼덕물산(주)에서 제조 한 제품(A 급, Brix 30°)을 구입하여 실험에 사용하 였다.

    2.2.실험 방법

    2.2.1.Reaction flavoring 반응

    시료 복합엑스분에 일정량의 0.4 M glucose 등의 당용액과 0.4 M glycine 및 cysteine 등의 아미노 산 용액을 첨가하여 pH를 조정한 다음 고온고압 반 응기(Hoke SS-DOT)에 넣어 가열한 후 생성되는 구수한 향, 어패취 차폐능 및 삶은 쇠고기향 등에 대한 관능적 평가를 통하여 Maillard 반응의 최적화 조건을 구명하였다.

    2.2.2.Reaction flavoring 반응의 최적화를 위한 반 응표면분석

    Reaction flavoring의 반응온도를 120°C로 고정 하고, 중심합성계획에 의해 반응시간 및 반응액의 pH 를 독립변수로 설정하여 Maillard 반응을 진행 하였다. 실험영역은 -1.414, -1, 0, 1, 1.414 5단 계로 부호화하였고, 이러한 독립변수와 부호를 이 용하여 반응표면 실험계획을 중심합성계획에 따라 작성하였다. 반응온도는 삶은 쇠고기향 발현에 매 우 중요한 인자로서 Maillard 반응에 필수적이나, 고기를 가열할 때 heterocyclic amine과 같은 발암 성 물질이 생성될 수도 있기 때문에 reaction flavoring에서도 생성될 가능성이 있다. 일반적인 조리조건인 200°C 이내에서도 돌연변이원의 생성이 보고되었으며, D, L-tryptophan이 300°C 이상의 온도로 가열 될 때 돌연변이원 3-amino-1,4- dimethyl-5H-pyrido[4,3-b]indole과 3-amino- 1-methyl-5H-pyrido[4,3-b]indole이 생성된다는 것이 알려져 있다(Nagodawithana, 1995). 따라서 reaction flavor 제조 지침에서 반응온도는 180°C 에서 15분 이내 혹은 이보다 낮은 온도에서 장시간 으로 제한(Kim, 2004)되어있기 때문에 본 연구에 서는 180°C보다 훨씬 낮은 120°C로 고정하고 반응 을 진행하였다(Kim $ Baek, 2003). 반응조건에 대 한 실험계획은 fractional factorial design을 사용 하였으며, 반응표면 회귀분석을 위해 SAS (Statistical analysis system) program 을 사용하였다. 실험계 획은 Table 1과 같이 Maillard 반응에서 중요한 독 립변수로 고려되는 인자 즉, 반응시간(X1 ; 91.72분, 100분, 120분, 140분 및 148.28분), 반응액의 pH (X2 ; 5.59, 6, 7, 8 및 8.41)를 -1.414, -1, 0, 1, 1.414의 5단계로 부호화하였다. 즉, 독립변수(Xi)는 중심합성계획에 따라 Fig. 1과 같이 11구간(요인실 험점 4, 축점 4, 중심점 3)으로 설정하여 실험을 진 행하였다. 이들 독립변수에 영향을 받는 종속변수 (response variable, Yn) 즉, 반응액의 바람직한 향 의 관능적 특성인자로서는 구수한 향(baked potato odor, Y1), 어패취 차폐능(masking of shellfish odor, Y2), 삶은 쇠고기향(boiled meat odor, X3)으 로 하였으며, 각 조건별로 3회 반복 측정하여 그 평 균값을 회귀분석에 사용하였다. Fig. 1

    2.2.3.관능검사

    복합엑스분 및 시판 굴 농축엑스분의 관능적 특성 에 익숙하도록 훈련된 12인의 panel을 구성하여 reaction flavoring 전후의 구수한 냄새, 어패취 차 폐능 및 삶은 쇠고기향에 대한 관능검사를 7단계 평 점법(7점, 매우 좋음 혹은 매우 강함; 4점, 보통; 1 점, 매우 좋지 않음 혹은 매우 약함)으로 평가하였 다. 관능검사 결과는 SPSS system (Statistical Package, SPSS Inc. USA)을 이용하여 ANOVA test 및 Duncan‘s multiple range test로 P<0.05 수준에서 시료간의 유의성을 검정하였다(Kim $ Goo, 2001).

    2.2.4.일반성분, pH, 염도 및 점도

    일반성분의 조성은 상법(KSFSN, 2000a)에 따라 수분 함량은 상압가열건조법, 조단백질 함량은 semi-micro Kjeldahl법, 조지방 함량은 Soxhlet 법, 조회분 함량은 건식회화법으로 측정하였다. pH 는 시료를 균질화한 다음 pH meter (Accumet Basic, Fisher Sci. Co., USA)로 측정하였고, 염도 (salinity)는 염도계(460CP, Istek Co., Korea)로 측정하였다. 점도(viscosity)는 상온에서 Spindle No. 3 accessory를 장착한 점도계(Brookfield DV- Ⅱ-Viscometer, Brookfield Eng. Inc., USA)로 측 정하였다.

    2.2.5.휘발성염기질소, 아미노질소, TBA값 및 색조

    시료 엑스분의 휘발성염기질소(volatile basic nitrogen, VBN)는 Conway unit를 사용하는 미 량확산법(KSFSN, 2000b)으로 측정하였고, 아미 노질소(NH2-N) 함량은 Formol 적정법(Ohara, 1982) 으로 측정하였다. 색조는 직시색차계(ZE-2000, Nippon Denshoku Ltd., Japan)를 사용하여 시료 엑스분의 색조에 대한 L 값(명도), a 값(적색도), b 값(황색 도) 및 ΔE 값(색차)을 측정하였다. 이때 표준백판 (standard plate)의 L, a 및 b 값은 각각 99.98, 0.01 및 0.01이었다.

    III.결과 및 고찰

    3.1.Reaction flavoring의 최적화 반응조건

    3.1.1.반응기질의 관능적 특성 및 최적 반응기질의 선정

    복합 엑스분의 풍미를 개선시키기 위한 Maillard 반응액의 기질을 선정하기 위하여, 일반적인 Maillard 반응에 이용되는 당과 아미노산 등 전구물 질들을 조사하였다. 먼저 0.2M glucose 용액을 기 본으로 하여 각 아미노산의 조합을 변화시켜가면서 Maillard 반응을 시킨 후 발생하는 삶은 쇠고기향과 은은한 향의 특성을 관능적으로 평가한 결과는 Table 2와 같다. 이때 첨가하는 아미노산으로는 삶 은 쇠고기향의 발현에 중요한 역할을 하는 함황아미 노산(Hofmann $ Schiberle, 1995), 시료 복합엑스 분의 아미노산 조성과 정미성, Maillard 반응에 기 여 정도 등을 고려하여 methionine, cysteine, threonine, alanine, lysine 및 glycine 등을 선정 하였다.

    상기 아미노산과 glucose 용액을 단일 또는 복합 적으로 혼합하여 Maillard 반응을 시킨 후 반응시간 에 따라 발생하는 향기의 특성을 검토한 결과, glucose+glycine+cysteine의 복합기질이 삶은 쇠고 기향과 은은한 향의 발현에 가장 근접하였고 그 강 도 또한 강하였으므로, 이 복합기질을 복합 엑스분 의 풍미를 개선시키기 위한 반응 전구물질로 결정하 였다. Sheldon (1988)은 Maillard 반응에서 cysteine은 반응초기에 유황내를 내지만 반응이 진 행될수록 삶은 쇠고기향을 낸다고 하였고, 또한 Hsieh (1980)는 함황아미노산과 가열 시 alanine, glycine이 cysteine과 혼합한 여러 혼합기질 중에서 가장 삶은 쇠고기 향에 근접하였다는 본 실험의 결 과와 유사한 결과를 보고한 바 있다. 한편, 당류는 Maillard 반응 시 삶은 쇠고기향의 생성에 관여하는 전구물질로서 일반적으로 5탄당이 6탄당 보다 반응 성이 더 강하고, 당의 종류는 발생하는 향의 특성보 다는 반응속도에 더 영향을 받는 것으로 알려져 있 다(Reyes et al., 1982; Nagodawithana, 1995). 따 라서 본 Maillard 반응에 적합한 당류를 선정하기 위하여 0.2 M glucose, 0.2 M ribose 및 0.2 M xylose 용액으로 각각 복합기질을 조제한 다음 Table 2와 같이 reaction flavoring 반응을 진행시 킨 결과 서로 유사한 향을 발생하였고, 당의 종류에 따른 차이는 거의 없는 것으로 나타나 3가지 당류 중 저렴한 glucose를 복합기질의 전구물질로 결정하 였다.

    3.1.2.Maillard 반응의 동적 모니터링과 최적화 반 응조건

    복합엑스분(Brix 30°), 0.4 M glucose, 0.4 M glycine 및 0.4 M cysteine 용액을 각각 4:2:1:1로 혼합한 반응계(이하 CE-Glu-G-C 반응계)를 반응 시간과 반응액의 pH 등 독립변수를 달리한 다양한 조건에서 Maillard 반응시킨 다음 3가지 종속변수 즉, 구수한 향, 어패취 차폐능 및 삶은 쇠고기향의 발현에 대한 관능평가 결과를 바탕으로 이들의 동적 변화를 3차원 반응표면으로 Fig. 2~4에 나타내었 다. OE-Glu-G-C 반응계의 Maillard 반응에서 반 응시간 및 반응기질 pH의 변화에 따른 종속변수의 회귀식, R23 값 및 유의성을 측정한 결과는 Table 3 과 같다.

    Maillard 반응 조건의 변화에 따른 구수한 향, 어패취 차폐능 및 삶은 쇠고기향의 발현에 대한 회귀식은 각각 Y1=6.0000+0.2207X1+0.4328X2- 1 . 2 5 0 0 X 1 X 1 - 0 . 6 0 0 0 X 2 X 2 + 0 . 1 5 0 0 X 1 X 2 , Y2=6.0000+0.1332X1+0.2436X2-0.9687X1X1-0. 9688X2X2+0.0750X1X2 및 X3=5.8000+0.6596X1 +0.3987X2-0.4563X1X1-1.1813X2X2+0.3000X1X2 이었고, 결정계수 R23값은 각각 0.974, 0.993 및 0.939로 반응모형이 적합하였다.3

    Fig. 2-4 및 Table 3에서 얻어진 3가지 종속변수 의 최적화 반응조건은 Table 4와 같다. 즉, 구수한 향, 어패취 차폐능 및 삶은 쇠고기향 발현의 최적 반응조건은 각각 120°C에서 121.6분, pH 7.43, 120.5분, pH 7.12, 그리고 130.8분, pH 7.15로 나 타났다. 그리고 3가지 종속변수를 모두 고려한 multiple response optimization 반응조건은 반응 온도 120°C에서 반응시간 120.6분, pH 7.33이 가장 적합하였다(Table 5).

    3.1.3.Maillard 반응의 예측치와 실측치의 검정

    Maillard 반응의 최적화 반응조건에서 설정된 각 조건에서의 예측값과 실제 개체동결 복합엑스분을 최적 조건에서 reaction flavoring 시킨 후 관능검 사를 통해 평가한 각 종속변수의 평점(reaction flavoring 반응 전의 평점 : 4점 기준)을 비교한 결 과는 Table 6과 같다. 종속변수 즉, 구수한 향, 어 패취 차폐능 및 삶은 쇠고기향의 발현에 대한 예측 치는 각각 6.08, 5.98 및 5.83으로 실측치와 유의 적 차이 없이 비슷한 결과를 얻었으며, 이로서 reaction flavoring 반응을 통해 복합엑스분의 풍미 가 향상되었음을 알 수 있었다.

    3.2.Reaction flavoring 전후 복합엑스분의 성분변화

    Reaction flavoring 반응 전후의 복합엑스분(Brix 30°)과 시판 굴 농축엑스분의 일반성분을 분석, 비 교한 결과는 Table 7과 같다. Reaction flavoring 반응 후 복합엑스분의 일반성분 조성은 수분 68.4%, 조단백질 10.5%, 조회분 2.4%, 조지방 0.9%로 반응 전과 비교하여 약간의 함량 차이를 보 였으나 큰 차이는 없었다. 반면, 시판 굴 농축엑스 분과는 조단백질 및 회분 함량에서 많은 차이를 보 였다.

    Reaction flavoring 반응 전후의 복합엑스분(Brix 30°)과 시판 굴 농축엑스분의 pH, 염도, 점도, 아미 노질소 및 VBN 함량을 분석, 비교한 결과는 Table 8과 같다. 염도는 반응 전 7.9%에서 반응 후 7.3% 로, 점도 또한 26.3 cps에서 18.0 cps로 감소하였 다. 그에 반해 아미노질소 함량은 600.0 mg/100 g 에서 637.6 mg/100 g으로 다소 증가하였는데 이는 반응 시 첨가된 glycine 이나 cysteine 같은 아미노 산과 관계가 있으며, 일부 정미보강 효과가 있을 것 으로 보인다. 한편, VBN 함량은 35.8 mg/100 g에 서 27.3 mg/100 g으로 감소하였는데 이는 Reaction flavoring 반응 시 저분자 질소화합물의 일부가 휘 발하였거나 반응에 관여하여 감소한 것으로 보이며, 시료 복합엑스분의 어패취 감소 및 차폐에 영향을 미칠 것으로 생각되었다.

    Reaction flavoring 반응 전후의 복합엑스분(Brix 30°)과 시판 굴 농축엑스분의 색조를 직시색차계로 측정한 결과는 Table 9와 같다. Reaction flavoring 반응 후 복합엑스분의 명도는 15.5, 적색도 4.6, 황 색도 7.0, 색차 81.6으로 반응 전에 비해 명도, 적 색도 및 황색도는 다소 감소한 반면, 색차는 증가하 여 갈변이 진행되는 것으로 나타났다. 반면, 시판 굴 농축엑스분의 경우는 복합엑스분에 비해 색조 값 뿐만 아니라 관능적으로도 진한 암갈색이 인지되었 는데, 이는 농축엑스분 제조 시 첨가한 카라멜 색소 등에 의한 것으로 보인다.

    Figure

    JALS-48-319_F1.gif

    Code level of independent variables in experimental design for reaction flavoring.

    JALS-48-319_F2.gif

    Response surface for baked potato odor (Y1) at constant values as a function of time (X1) and pH (X2) in reaction flavoring at 120°C

    JALS-48-319_F4.gif

    Response surface for boiled meat odor (X3) at constant values as a function of time (X1) and pH (X2) in reaction flavoring at 120°C

    JALS-48-319_F3.gif

    Response surface for masking of shellfish odor (Y2) at constant values as a function of time (X1) and pH (X2) in reaction flavoring at 120°C

    Table

    Experimental range and value of the independent variables on the central composite design for reaction flavoring

    Flavor characteristics of glucose-amino acids solution as affected by amino acids during reaction flavoring at 120°C

    10.2 M glucose (10 mL)+0.2 M amino acid (5 mL)+0.2 M amino acid (5 mL).2
    2Symbols mean odor intensity (+: weak, +++: moderate, +++++: strong).

    Polynomial equations for reaction flavoring calculated by RSM

    Optimum reaction conditions of multiple responses for Maillard reaction

    Predicted level of optimum conditions for maximized sensory characteristics in preparation of reaction flavoring by the ridge analysis

    17 scale score (7, very good or stronger; 4, acceptable or moderate; 1, very poor or weaker).

    Predicted and observed values of response variables in critical reaction flavoring (RF)

    Calculated using the predicted polynomial equations for response variables, critical values of independent variables : reaction temperature 120°C, reaction time 121 min, pH 7.3. Mean values of triplicate determination by sensory test (n=12, P<0.05, 7 scale score: 7, very good or stronger; 4, acceptable or moderate = non RF extract’s score; 1, very poor or weaker).
    a,bMeans with different superscript in the same row significantly differ at P<0.05.

    Proximate composition of the RF, non-RF extract and commercial concentrated oyster juice (g/100 g)

    1Solid content : Brix 30°.
    2Commercial semi-product (SD Co.).
    a-cMeans with different superscript in the same column significantly differ at P<0.05.

    pH, salinity, viscosity, NH2-N and VBN content of the RF, non-RF extract and commercial concentrated oyster juice

    1)Refer to the comment in Table 7.
    a-cMeans with different superscript in the same column significantly differ at P<0.05.

    Color values of the RF, non-RF extract and commercial concentrated oyster juice

    1Refer to the comment in Table 7.
    a-cMeans with different superscript in the same column significantly differ at P<0.05.

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