무설탕 닭가슴살 육포 제조를 위한 알룰로스와 솔비톨 혼합 비율 최적화

무설탕 닭가슴살 육포의 품질특성 향상 및 기호성 저하를 최소화하는 알룰로스와 솔비톨의 혼합 비율을 최적화하기 위하여 면중심합성계획법으로 반응표면분석(response surface methodology, RSM) 실험을 설계하였다(ver. 19 Minitab, Minitab Inc., USA). 독립변수는 알룰로스 첨가량(0-2% (w/w), X₁)과 솔비톨 첨가량(0-2% (w/w), X₂)을 -1, 0, +1의 3단계로 부호화하여 13구간의 제조 실험을 실시하였다(Table 1). 종속변수(Y)는 육포의 일반적인 품질특성에 해당하는 건조 수율, pH, 색상각, 전단력 및 관능평가(짠맛, 단맛 및 전체적 만족도)를 실시하였고, 3회 반복 측정한 평균값을 분석에 사용하였다.

육포 제조에 사용한 닭가슴살(M. pectoralis major)은 국내산 냉동 제품(Harim Co., Ltd., Korea)을 시중 마트에서 구입하였다. 냉동 닭가슴살은 4°C 냉장고에서 24시간 동안 해동하였고, 해동을 마친 닭가슴살은 햄슬라이서(HS-1SA, Fujee Co., Korea)를 이용하여 8 mm 두께로 절단하였다. 염지액은 닭가슴살 1,000 g 당 100 g의 정제수에 2.0 g nitrite pickled salt(NPS), 8.0 g 정제염, 5.0 g 염화칼륨, 2.0g 에리소르빈산나트륨(sodium erythorbate), 8.0 g 글루탐산나트륨(mono-sodium glutamate), 6.0 g 흑후추 분말, 7.0 g 마늘분, 7.0 g 글루코노델타락톤(D-gluconic acid delta-lactone) 및 1.2 g 소브산칼륨(potassium sorbate)은 동일하게 첨가하였고, 알룰로스와 솔비톨은 Table 1에 나타낸 바와 같이 각 구간에서 설정된 첨가량을 염지액에 함께 혼합하였다. 이후 절단한 닭가슴살은 염지액과 7 rpm의 회전속도로 1시간 동안 진공 텀블링을 실시하였다(MGH 20 STL, Vakona GmbH, Germany). 텀블링을 마친 염지 닭가슴살은 겹치는 부분이 없도록 채반 위에 펴서 75°C로 설정한 열풍건조기(DG-115A, Hyundai Enertec Co·, Korea)에서 2시간 동안 건조하고, 닭가슴살을 뒤집어 다시 2시간 동안 동일한 조건에서 건조를 실시하였다. 건조를 마친 닭가슴살은 상온에서 6시간 동안 방냉한 이후 진공포장하여 이화학적 및 관능적 품질 분석에 사용하였다.

얻어진 데이터는 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)은 SPSS Statistics(ver. 18.0, IBM Corp., Armonk, USA)를 이용하여 유의성(p<0.05)을 분석하였고, 평균값과 평균의 표준오차(standard error of the mean, SEM)로 나타내었다. 평균값 차이는 Duncan의 다중검정을 통하여 유의성(p<0.05)을 검정하였다. 무설탕 닭가슴살 육포 제조를 위한 알룰로스와 솔비톨의 최적 혼합비율에 관한 반응표면분석은 Minitab(ver. 19.0, Minitab Inc., USA)을 이용하여 실시하였다. 모델의 적합성은 F-test의 유의성으로 평가하였고, 각 반응은 2차원의 등고선도를 이용하여 나타내었다. 이어서 설정한 반응치에 관한 최적 혼합비율은 Minitab의 반응 최적화 도구로 산출하였다.

알룰로스와 솔비톨의 혼합비율이 무설탕 닭가슴살 육포의 건조수율, pH, 색상각, 전단력 및 관능적 특성에 미치는 영향은 Table 2에 나타내었다. 무설탕 닭가슴살 육포의 건조수율은 32.7%-41.2%로 알룰로스와 솔비톨의 첨가량에 따른 유의적인 차이를 나타내었다. 알룰로스와 솔비톨을 각각 2%(w/w) 첨가한 무설탕 닭가슴살 육포 처리구(run 8)에서 가장 높은 건조수율을 나타낸 반면, 알룰로스와 솔비톨을 첨가하지 않은 처리구(run 6)에서 가장 낮은 건조수율이 관찰되었다(p<0.05). 이와 유사하게 이전의 연구에서도 솔비톨 등의 당알코올을 첨가하면 육포의 수율 및 보수력을 개선할 수 있다고 보고하였고, 이는 당알코올의 보습성과 관련이 있다고 사료된다(Jang et al., 2015; Sorapukdee et al., 2016). 또한, 동량의 첨가수준에서 알룰로스 처리구(run 4)는 솔비톨 처리구(run 3)보다 건조수율 개선에 효과적인 것으로 관찰되었다. 최근의 연구에서 알룰로스의 첨가는 소시지 혹은 분쇄육제품에서 보수력 개선 효과를 나타낸다고 보고되었으며(Hong et al., 2020; Hadipernata et al., 2016), 나아가 본 연구는 알룰로스 첨가가 육포의 보습성 개선에도 효과적인 소재로 활용될 수 있음을 보여준다.

무설탕 닭가슴살 육포의 pH는 5.6-5.9 범위에서 관찰되었으나, 알룰로스와 솔비톨의 첨가량에 의한 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 이전의 연구(Nam et al., 2017)에서도 백설탕, 황설탕, 물엿 및 프락토 올리고당에 침지한 닭가슴살 육포의 pH는 각각 5.90, 5.83, 5.71 및 5.91이라고 보고하여 본 연구와 유사한 pH 범위를 나타내었다. 또한, Jang 등(2015)은 5%(w/w) 첨가 수준에서 솔비톨이 반건조 육포의 pH에 미치는 영향이 없다고 보고하였다.

무설탕 닭가슴살 육포의 건조 중 마이야르 반응에 의한 갈변도 차이를 비교하기 위해 색상각(hue angle)을 측정하였다. 그러나 알룰로스와 솔비톨의 첨가량에 따른 무설탕 닭가슴살 육포의 색상각 차이는 나타나지 않았다. 알룰로스는 식품의 열처리 과정 중 마이야르 반응에 관여할 수 있다고 보고된 바 있으나(Miyoshi et al., 2019), 솔비톨은 마이야르 반응을 거의 초래하지 않아 일부 가열 식품의 색상 개선에 사용되는 경우가 있다(Davies and Labuza, 1997). 본 연구는 설정된 2%(w/w) 첨가범위 내에서 알룰로스와 솔비톨의 혼합비율이 무설탕 닭가슴살 육포의 색 형성에 미치는 영향이 크지 않음을 보여준다.

무설탕 닭가슴살 육포의 전단력은 6.3-9.1 kg 수준으로 알룰로스 및 솔비톨 첨가량에 의한 뚜렷한 차이가 나타났다(p<0.001). 알룰로스 및 솔비톨을 첨가하지 않는 경우 무설탕 닭가슴살 육포(run 6)의 전단력은 9.1 kg으로 가장 높은 수치를 나타내었고(p<0.05), 2%(w/w) 알룰로스와 2%(w/w) 솔비톨을 첨가한 경우, 무설탕 닭가슴살 육포(run 8)의 전단력은 6.3 kg 수준으로 감소하였다(p<0.05). 따라서, 본 연구결과는 알룰로스 혹은 솔비톨이 육포의 연도를 개선할 수 있음을 보여주며, 이는 솔비톨의 활용에 관한 이전의 연구에서도 유사한 결과가 보고된 바 있다. Kim 등(2010)은 돼지고기 육포의 전단력이 솔비톨을 첨가하지 않은 경우 7.14 kg 수준이나, 2% 솔비톨을 첨가하여 4.14 kg으로 유의적인 감소가 나타났다고 보고하였다. 또한, Jang 등(2015)은 2.5% 솔비톨 첨가로 반건조 육포의 전단력이 감소하는 경향을 나타낸다고 보고하였다. 따라서, 솔비톨 첨가로 증가한 건조 수율을 고려하면 전단력의 감소 또한 당알코올의 흡습성(hygroscopic)과 관련이 있다고 판단된다. 이와 유사하게 알룰로스 첨가에 의한 식육가공품의 보수력 향상이 관찰되었고, 알룰로스 첨가에 의한 전단력 감소도 건조수율의 증가와 관련이 있다고 사료된다(Hong et al., 2020).

무설탕 닭가슴살 육포의 짠맛, 단맛 및 전체적인 선호도를 평가한 결과, 알룰로스와 솔비톨의 첨가량에 따른 단맛의 유의적인 차이가 관찰되었다. 예상한 바와 같이, 알룰로스와 솔비톨을 첨가하지 않은 경우(run 6) 가장 낮은 단맛 강도를 나타내었다(p<0.05). 반면 짠맛과 전체적인 선호도는 본 연구에서 설정한 알룰로스와 솔비톨의 혼합 비율 내에서 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 일반적으로 일정 수준의 단맛과 짠맛의 혼합은 단맛을 강화한다고 알려졌으나, 최근 Jo와 Yoon(2021)은 짠맛-단맛 간의 이원 상호작용으로 설탕의 단맛이 짠맛을 억제할 수 있다고 보고하였다. 즉, 설탕과 소금의 이원 상호작용에 의한 상호 맛의 변화는 적용 식품에 따라 상반된 결과를 나타낼 수 있다. 나아가 본 연구에서 알룰로스와 솔비톨의 첨가 비율이 짠맛에 영향을 미치지 않은 결과는 당 종류에 따라 소금과의 상호작용 기작이 다를 수 있음을 의미한다고 사료된다.

알룰로스와 솔비톨의 혼합비율이 무설탕 닭가슴살 육포의 건조수율, 전단력, 단맛 및 전체적인 선호도에 미치는 영향에 관한 모델 방정식은 Table 3에 나타내었다. 앞서 언급한 반응치에 대한 quadratic 모델의 신뢰성(R²)은 0.74-0.83 수준으로 독립변수에 대한 반응치의 변화를 신뢰성 있게 설명할 수 있다고 판단된다(p<0.05). 각각의 모델 방정식에서 알룰로스와 솔비톨의 첨가량에 의한 반응치 변화에 관한 등고선도는 Fig. 1에 나타내었다. 알룰로스와 솔비톨 첨가량 증가는 무설탕 닭가슴살 육포의 건조수율을 증가시켰다(p<0.05). 알룰로스의 첨가는 솔비톨에 비해 무설탕 닭가슴살 육포의 전단력을 유의적으로 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 알룰로스와 솔비톨의 첨가량 증가는 단맛의 유의적인 증가를 나타내었으나, 전체적인 기호성에서 중앙의 최고점을 나타낸 결과를 미뤄본다면 알룰로스와 솔비톨의 최적 혼합비율 설정이 향후 무설탕 육포 개발에서 중요한 의미를 나타낸다고 사료된다.

Fig. 1. Contour plots from face centered design for optimizing effects of mixing ratio between allulose and sorbitol on drying yield (a), shear force (b), sweetness (c), and overall acceptance (d).

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나아가 본 연구에서 무설탕 닭가슴살 육포의 품질특성 중 알룰로스와 솔비톨의 첨가량에 따른 유의적인 변화를 나타낸 건조수율, 전단력, 단맛 및 전체적인 선호도 중 건조수율, 단맛 및 전체적인 기호성의 최대치와 전단력 최소치를 품질 특성 목표로 설정하고자 해당 반응치를 목표함수로 설정하였다(Fig. 2). 그 결과, 알룰로스와 솔비톨의 최적 배합 조건은 1.6%(w/w) 및 1.7%(w/w)로 나타났으며, 해당 첨가 수준에서 건조수율은 39.2%, 전단력은 6.7 kg, 단맛은 5.9점(9점 척도) 및 전체적인 만족도는 4.5점(9점 척도)을 만족하는 것으로 예측되었다.

Fig. 2. Optimization of mixing ratio between allulose and sorbitol for improving drying yield, shear force, sweetness, and overall acceptance of sugar-free chicken breast jerky.

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이전의 연구에서 닭가슴살은 고단백의 건강지향적 육포 제품 생산을 위한 원료육으로 여러 연구에서 고려되었으나, 제조공정, 식품첨가물 및 건조공정 등이 상이하여 품질 분석에 관한 절대적 관측치 비교가 어렵다. 그러나 향후 보다 건강지향적 닭가슴살 육포 제품 개발을 위해 당 소재에 따른 물성 및 관능적 특성 변화를 고려할 필요가 있다(Nam et al., 2017). 한편, Wongwiwat와 Wattanachant(2015)는 설탕, 프럭토스 및 솔비톨을 70:15:15의 비율로 제조한 혼합당으로 닭가슴살 육포를 제조하면 설탕으로 제조한 대조구보다 낮은 전단력을 나타낸다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다. 또한, Sorapukdee 등(2016)은 재구성 닭가슴살 육포에서도 10%(w/w) 이상의 글리세롤 혹은 솔비톨 첨가가 건조수율 증가 및 전단력 감소를 기대할 수 있다고 하였다. 따라서, 과거 육포 제조에 주로 사용한 우육 혹은 돈육과 달리 쉽게 부서지는 조직학적 특성을 가지는 닭가슴살 육포의 기호성 향상을 위해 알룰로스의 활용이 가능하며 무설탕 닭가슴살 육포의 품질 개선을 위해 솔비톨과의 혼합 첨가 효과가 우수하다고 판단된다.